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Point defects play an essential role in the technological applications of semiconductors, providing suitable doping conditions. At the same time, defects with carrier trap characteristics can prove to be detrimental to the performance and efficiencies of solid-state devices. Due to their implications on semiconductors, especially electronics and optical properties, defects have been the subject of extensive research for the last several decades.In this thesis, intentionally added impurities in Cadmium Telluride (CdTe) and their interaction with native defects have been studied using first principle based methods. CdTe has several technological applications, such as solar cells, nuclear radiation detectors, and astronomical spectroscopy. The properties of CdTe have been studied for several decades. However, the growth process related to defects composition, for photovoltaics and other applications is still evolving with a better understanding of native defect properties and the knowledge of doping and alloying strategies.The two main topics addressed in this thesis are related to CdTe photovoltaics and possible quantum application. The first one deals with the design strategy involving the alloying of polycrystalline CdTe solar cells with Se that has pushed the efficiency of thin film CdTe devices above 22 % In terms of defect physics, experimental studies have elucidated that the Se atom diffuses into CdTe bulk and passivates the intrinsic carrier traps present therein. Finding the Se dopant diffusion mechanism holds significant importance for understanding the depth profile of the dopant and native defect passivation mechanism. We have used the first principle based DFT calculations to identify a unique two-step mechanism to define the Se diffusion in the CdTe bulk. The diffusion process involves the interaction of Se with the Te self interstitial and the promotion of Te interstitial diffusion in the CdTe bulk. The barrier associated with the Se diffusion was calculated to be lower than 0.42 eV, reflecting the fast diffusion of the Se dopant in CdTe. In the next stage, we used the Se diffusion trajectory to understand the interaction of the dopant with the carrier trap native defects, Cd vacancy, and Te antisite, and their passivation on interaction forming bound defect complexes with Se.Point defects, along with their strong implication for opto-electronic properties of semiconductors, have also proven their suitability for quantum applications such as computing and sensing in recent years. Transition metal doped into semiconductor nanostructures with characteristic localized spin have emerged to be a suitable candidate for these applications, giving rise to an emerging field of solotronics.In the second part of the thesis, we studied the electronic structure of transition metal Cr and Mn solitary dopant defects in CdTe. We identified the effect of electron-lattice coupling on the local symmetry of the dopants in the lattice and established its correspondence with localized defect electronic wavefunction. Using the DFT calculations of the thermodynamic binding energy associated with dopant and native defects interaction, we then establish that achieving Cr isolated dopant configuration in CdTe nanostructures is challenging as it binds strongly with native defects. In contrast, Mn in suitable growth conditions can be readily obtained in an isolated configuration. We also proposed a phenomenological model to define the interaction of transition metal dopants with native defects. Finally, we explained the experimentally observed change in the spin state of Cr from that of the isolated dopant ground state configuration using the interaction of Cr with a native defect in CdTe.Together these two studies demonstrate that understanding the underlying mechanism at the atomic scale can be used to define experimentally characterized phenomena at the macroscopic scale and devise growth strategies.; Les défauts ponctuels jouent un rôle essentiel dans les applications technologiques des semi-conducteurs, en fournissant des conditions de dopage appropriées. Dans le même temps, les défauts présentant des caractéristiques de piégeage des porteurs peuvent s'avérer préjudiciables aux performances et aux rendements des dispositifs à l'état solide. En raison de leurs implications sur les semi-conducteurs, en particulier sur les propriétés électroniques et optiques, les défauts ont fait l'objet de recherches approfondies au cours des dernières décennies.Dans cette thèse, les impuretés ajoutées intentionnellement dans le tellurure de cadmium (CdTe) et leur interaction avec les défauts natifs ont été étudiées en utilisant des méthodes basées sur le premier principe. Le CdTe a plusieurs applications technologiques, telles que les cellules solaires, les détecteurs de radiation nucléaire, et la spectroscopie astronomique. Les propriétés du CdTe sont étudiées depuis plusieurs décennies. Cependant, le processus de croissance lié à la composition des défauts, pour le photovoltaïque et d'autres applications, évolue encore avec une meilleure compréhension des propriétés des défauts natifs et la connaissance des stratégies de dopage et d'alliage.La première partie de la thèse concerne la stratégie de conception de cellules solaires en CdTe polycristallin impliquant l’utilisation de selenium (Se), qui a permis d'augmenter l'efficacité des dispositifs en CdTe à couche mince à plus de 22 %. En termes de physique des défauts, les études expérimentales ont permis d'élucider le fait que l'atome de Se diffuse dans le CdTe massif et passive les pièges à porteurs intrinsèques qui y sont présents. La découverte du mécanisme de diffusion du dopant Se est très importante pour comprendre le profil de profondeur du dopant et le mécanisme de passivation des défauts natifs. Nous avons utilisé les calculs DFT basés sur le premier principe pour identifier un mécanisme unique en deux étapes expliquant la diffusion du Se dans le CdTe massif. Le processus de diffusion implique l'interaction du Se avec un Te interstitiel et l’amélioration de la diffusion du Te interstitiel dans le CdTe massif. La barrière associée à la diffusion du Se a été calculée comme étant inférieure à 0,42 eV, reflétant la diffusion rapide du dopant Se dans le CdTe. Dans l'étape suivante, nous avons utilisé la trajectoire de diffusion du Se pour comprendre l'interaction du dopant avec les défauts natifs qui agissent comme pièges à porteurs, la lacune de Cd, et l'antisite de Te, ainsi que leur passivation, et la formation de complexes entre le Se et les défauts.Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la structure électronique de défauts isolés de métaux de transition Cr et Mn dans le CdTe. Nous avons identifié l'effet du couplage électron-réseau sur la symétrie locale des dopants dans le réseau et établi sa correspondance avec la fonction d'onde électronique des défauts localisés. En utilisant l'énergie de liaison thermodynamique associée à l'interaction entre le dopant et les défauts natifs, calculée DFT , nous établissons ensuite qu'il est difficile d'obtenir une configuration isolée du dopant Cr dans les nanostructures de CdTe, car il se lie fortement aux défauts natifs. En revanche, le Mn, dans des conditions de croissance appropriées, peut être facilement obtenu dans une configuration isolée. Nous avons également proposé un modèle phénoménologique pour définir l'interaction des dopants de métaux de transition avec les défauts natifs. Enfin, nous avons expliqué le changement observé expérimentalement dans l'état de spin du Cr par rapport à la configuration de l'état fondamental du dopant isolé en utilisant l'interaction du Cr avec un défaut natif dans le CdTe.Ensemble, ces deux études démontrent que la compréhension du mécanisme sous-jacent à l'échelle atomique peut être utilisée pour définir les phénomènes caractérisés expérimentalement à l'échelle macroscopique.

Les batteries aux ions lithium (BIL) sont considérées comme la technologie la plus prometteuse en matière de stockage d’énergie. Elles possèdent les plus hautes densités d’énergie connues, permettant la miniaturisation constante des appareils électroniques commercialisés. La recherche dans le domaine des BIL s’est plus récemment tournée vers leur implémentation dans les véhicules électriques, qui nécessitera de plus hautes densités d’énergie et de puissance . Une manière concrète d’augmenter la densité d’énergie d’une BIL est d’en augmenter le voltage de cellule. Pour se faire, la nouvelle génération de batteries sera composée de matériaux d’électrode positive à haut potentiel (tel que LiMn1.5Ni0.5O4 avec un potentiel de 4.7 V vs. Li+ /Li) et de lithium métallique en électrode négative. Néanmoins, l’introduction de ces matériaux d’électrode positive à haut potentiel est limitée par la stabilité électrochimique de l’électrolyte liquide conventionnel, composé d’un sel de lithium et de solvants organiques (typiquement LiPF6 + EC/DEC), qui s’oxyde autour de 4.2 V vs. Li+/Li , . L’utilisation du lithium métallique comme électrode négative est entravée par la nature liquide de l’électrolyte conventionnel, qui n’offre pas assez de résistance mécanique pour empêcher la formation de dendrites de lithium, causant à terme le court-circuit de la batterie. De tels courts-circuits présentent un risque d’incendie car les électrolytes liquides sont composés de solvants organiques inflammables à basse température, posant un sérieux problème de sécurité. Les électrolytes solides, de type céramique ou polymères, sont développés en alternative aux électrolytes liquides. Ils ne contiennent aucun solvant inflammable et sont stables à haute température. Ils constituent l’élément clé d’une nouvelle génération de batteries au lithium dite batteries au lithium tout-solide. Ces dernières sont développées pour répondre à des attentes élevées en termes de sécurité, de stabilité et de haute densité d’énergie. Les électrolytes solides doivent satisfaire un certain nombre d'exigences avant de pouvoir être commercialisés, notamment posséder une conductivité ionique élevée, une large fenêtre de stabilité électrochimique et une conductivité électronique négligeable. Ces propriétés constituent les critères les plus importants à prendre en compte pour la sélection de matériaux d’électrolytes solides. Cependant, on remarque dans la littérature que la majorité des études se concentre sur la conductivité ionique des électrolytes solides, reléguant au second plan l’exploration de leurs stabilité électrochimique et conductivité électronique. La fenêtre de stabilité électrochimique a longtemps été annoncée comme étant très large chez les électrolytes solides céramiques (au moins de 0 à 5 V vs. Li+/Li). Néanmoins, des études plus récentes tendent à démontrer que la valeur de cette fenêtre dépend grandement de la méthode électrochimique utilisée pour la mesurer, et qu’elle est de surcroit souvent surestimée. Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse a été de développer une méthode pertinente pour déterminer la fenêtre de stabilité des électrolytes solides avec précision. Cette méthode a été optimisée et validée sur des électrolytes solides céramiques phare comme Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 et Li7La3Zr2O12. Quant à la conductivité électronique, elle est rarement étudiée dans les électrolytes solides, qui sont considérés comme isolants électroniques compte tenu de leur large bande interdite. Cela dit, de récentes études à ce sujet prouvent que malgré leur bande interdite, les électrolytes solides peuvent générer de la conductivité électronique par le biais de défauts, et que celle-ci, même faible, peut éventuellement mettre l’électrolyte en échec. Pour cette raison, le second objectif de ce projet de thèse a été d’explorer la formation de défauts dans les électrolytes solides afin de déterminer leur effet sur la génération de conductivité électronique. Pour avoir une vision d’ensemble, les premiers-principes ont été utilisés pour étudier six électrolytes solides largement utilisés notamment LiGe2(PO4)3, LiTi2(PO4)3, Li7La3Zr2O12, et Li3PS4., Lithium-ion batteries (LIBs) are considered the most promising energy storage technology. LIBs electrode materials have the highest known energy densities, allowing the constant miniaturization of commercial electronic devices. Research in the field of LIBs has more recently turned to their implementation in electric vehicles, which will require higher energy and power densities . A concrete way to increase the energy density of LIBs is to increase the cell voltage. To do so, the new generation of batteries will be composed of high potential positive electrode materials (such as LiMn1.5Ni0.5O4 with a potential of 4.7 V vs. Li+/Li) and metallic lithium in the negative electrode. Nevertheless, the introduction of these high potential positive electrode materials is limited by the electrochemical stability of conventional liquid electrolytes, composed of a lithium salt and organic solvents (LiPF6 + EC/DEC), which gets oxidized around 4.2 V vs. Li+/Li , . The use of metallic lithium as the negative electrode is also hindered by the liquid nature of the conventional electrolyte, which does not offer enough mechanical resistance to prevent the formation of lithium dendrites, ultimately causing a short-circuit of the battery. Such short-circuits are likely to lead to thermal runaway because liquid electrolytes are composed of organic solvents that are flammable at low temperature, posing a serious safety issue. Solid electrolytes, based on ceramics or polymers, are developed as an alternative to liquid electrolytes. They contain no flammable solvents and are stable at high temperatures. They are the key element of a new generation of lithium batteries called all-solid-state lithium batteries. These are developed to meet high expectations in terms of safety, stability and high energy density. Solid electrolytes must satisfy a number of requirements before they can be commercialized, including possessing a high ionic conductivity, a wide electrochemical stability window and negligible electronic conductivity. These properties are the most important criteria to consider when selecting solid electrolyte materials. However, the majority of studies found in the literature focuses on the ionic conductivity of solid electrolytes, overshadowing the exploration of their electrochemical stability and electronic conductivity. The electrochemical stability window has long been reported to be very wide in ceramic solid electrolytes (at least from 0 to 5 V vs. Li+/Li). Nevertheless, more recent studies tend to show that the value of this window depends greatly on the electrochemical method used to measure it, and that it is often overestimated. In this context, the first objective of this thesis was to develop a relevant method to determine the stability window of solid electrolytes with precision. This method was optimized and validated on flagship ceramic solid electrolytes such as Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 and Li7La3Zr2O12. As for the electronic conductivity, it is scarcely studied in solid electrolytes, which are considered as electronic insulators given their wide band gaps. That being said, more recent studies on this subject proved that despite their band gap, solid electrolytes can generate electronic conductivity through defects, and that electronic conductivity, even if it is weak, can eventually cause the failure of the electrolyte. For this reason, the second objective of this thesis project was to explore the formation of defects in solid electrolytes in order to determine their effect on the generation of electronic conductivity. To get a better overview, first-principles were used to investigate six widely used ceramic solid electrolytes, including LiGe2(PO4)3, LiTi2(PO4)3, Li7La3Zr2O12, and Li3PS4., Cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université catholique de Louvain

Interface characterization is crucial for several types of devices such as light emitting diodes, solar cells, photodetectors or transistors. In the particular case of photodetectors, defects located at the interfaces are considered as a source of dark current phenomenon that needs to be reduced to improve the sensor performance. To overcome all of the problems related to defects, the passivation of interfaces is mandatory. We can mention two passivation approaches such as chemical passivation (i.e. decrease the defect density) and field effect passivation (i.e. decrease the electrical activity of defects). This thesis is part of the development of methodologies for the characterization of passivation stacks via the study of surface photo-potential. We propose, describe and use a set of methodologies based on Kelvin probe microscopy under continuous and pulsed illumination.The originality of this work lies in the methodological developments that led to the implementation of a time-resolved surface potential measurement approach allowing the direct characterization of the dynamics of the photo-potential which, in turn, allow the characterization of defects located at the interfaces. In particular, we will show with this approach that it is possible to identify and separate the contributions by subcomponents of the surface photo-potential not visible by non-time-resolved approaches.The objectives of this work are to propose a new approach to characterize defects in order to improve their understanding. Particular attention will be paid to the study of several passivation stacks such as Al2O3, HfO2, Ta2O5 and SiN. Finally, the limitations of this new approach regarding its application in industry will be discussed and an alternative solution will be proposed.; La caractérisation des interfaces est cruciale pour plusieurs types de dispositifs comme les diodes électroluminescentes, les cellules solaires, les photo-détecteurs ou les transistors. Dans le cas particulier des photodétecteurs, les défauts situés aux interfaces sont considérés comme une source de courant d'obscurité, phénomène qu'il est nécessaire de réduire pour améliorer les performances du capteur. Pour surmonter tous les problèmes liés aux défauts, la passivation des interfaces est nécessaire. Nous pouvons citer deux approches de passivation telles que la passivation chimique (c.a.d. diminution de la densité de défaut) et la passivation par effet de champ (c.a.d. diminution de l'activité électrique des défauts).Ce travail de thèse s'inscrit dans le développement de méthodologies de caractérisation des empilements de passivation via l'étude du photo-potentiel de surface. Cette thèse propose, décrit et utilise un ensemble de méthodologies basées sur la microscopie à sonde de Kelvin sous illumination continue et sous illumination pulsée. L’originalité de ces travaux de thèse repose sur des développements méthodologiques ayant conduit à l’implémentation d’une approche de mesure du potentiel de surface résolue en temps permettant la caractérisation directe des dynamiques du photo-potentiel qui, à leur tour, permettent de caractériser les défauts situés aux interfaces. L'objectif de ces travaux est de proposer une nouvelle approche de caractérisation des défauts afin d’en améliorer leurs compréhensions. Une attention particulière sera accordée à l’étude de plusieurs empilements de passivation comme l'Al2O3, l’HfO2, le Ta2O5 et le SiN. Enfin, les limites de cette nouvelle approche concernant son application en industrie seront discutées et une solution alternative sera proposée.

The development of a cost-effective bipolar transistor requires a collector doped by ion implantation. A low-resistive collector is needed to ease the electron flux towards the contact. The high dose required can only be processed fast enough on “high-current” implant machines which are limited in energy. The choice of the N type dopant has been made regarding this limitation. Phosphorus has been selected as it features a lower mass than arsenic and antimony. Indeed, at a given dose and energy, phosphorus profile is deeper and hence less resistive as compared to arsenic and antimony profiles. However, the high phosphorus diffusion coefficient leads to a dopant pile-up close to the base. This pile-up degrades the electrical properties of the base/collector junction. This side effect is hindered by using carbon co-implantation. Upon the first anneal step, the duration of the phosphorus transient enhanced diffusion regime is reduced by carbon. Upon the second anneal step, carbon establishes a self-interstitial undersaturation. Hence, phosphorus diffusion is greatly reduced. To sum up, low resistance as well as high junction voltages (Early and breakdown) are reached thanks to the combined action of carbon and phosphorus., La conception de transistors bipolaires de moindre coût nécessite entre-autres l’implémentation d’un collecteur réalisé par implantation ionique. Ce dernier doit être faiblement résistif pour faciliter le transit des électrons vers les contacts. Le fort dopage requis nécessite l’utilisation d’implanteurs « fort-courants » qui sont, en revanche, limités en énergie. Cette limitation conditionne le choix du dopant type N : le phosphore est retenu car il présente une masse plus faible que l’arsenic ou l’antimoine. Il contribue donc à l’obtention d’un profil plus profond, et donc moins résistif, à énergie donnée. En revanche, le coefficient de diffusion élevée du phosphore conduit à une dégradation des propriétés électriques de la jonction base-collecteur. La co-implantation du carbone permet de s’affranchir de cet effet. Au cours de la première phase du recuit, le carbone permet de réduire la durée du régime de diffusion accélérée du phosphore. Au cours de la seconde phase, le carbone instaure une sous-saturation en auto-interstitiels qui atténue fortement la diffusion du phosphore. L’action combinée du phosphore et du carbone permet donc d’atteindre à la fois une résistance faible et des tensions de jonction (claquage et Early directe) élevées

The modelling of metals under extreme conditions requires a multi-scale approach. Indeed, for reasons of numerical complexity, it is not possible to use a unique formalism, accurate and transferable for all scales of simulation. In general, one or more methods have to be used for a given spatial and temporal scale. These methods are based on approximations - physical and/or numerical - which are more and more numerous when the simulated space and time scales increase. Multi-scale modelling can therefore be summarised as a - utopian - balance between simulated "space-time" scales and representativeness of phenomena involved in the transformations of the system studied.Multi-scale methods applied to materials science must also take into account the effects of finite temperatures in order to simulate structures in their nominal conditions of industrial use. In recent years, temperature effects have been treated in the context of local approximations: harmonic and/or quasi-harmonic. Taking into account anharmonic effects remains difficult - but necessary to be representative of physical phenomena - and is a main research topic for the improvement of multi-scale models.The objectives of this thesis are (i) to develop new simulation tools to extend the applicability of multi-scale methods (ii) and to estimate finite temperature quantities. We rely on a set of methods, in full expansion in the field of materials science: Machine Learning. These methods allow to develop systematic statistical tools and to study correlations more easily.In a first step, we develop methods for fast estimation of quantities derived from the harmonic vibrational properties: the defect formation entropy and the attack frequencies. The formalism developed is accurate, transferable and allows to greatly reduce the numerical cost (traditionally evolving as O(N^3) where N is the number of particles in the system) whose numerical complexity evolves as O(N).In a second step, we are interested in quantifying the influence of anharmonic effects for metallic systems. We develop a direct computational approach (coupling Machine Learning and free energy methods) to calculate the self-diffusion coefficient, with an accuracy of ab initio, in body-centered cubic metals. We directly confront our results with the experiment and we give a - general - explanation, for the cubic centered metals, of the anomalous behavior of the self-diffusion coefficient at high temperatures.; La modélisation des métaux sous conditions extrêmes nécessite une approche de type multi-échelles. En effet, pour des raisons de complexité numérique, il n'est pas possible d'utiliser un formalisme unique, précis et transférable pour toutes les échelles de simulation. Il correspond, en général, une ou plusieurs méthodes utilisables pour une échelle spatiale et temporelle donnée. Ces méthodes se basent sur des approximations - physiques et/ou numériques - dont le nombre croît lorsque les échelles d'espace et de temps simulés augmentent. La modélisation multi-échelle peut donc se résumer comme un - utopique - équilibre entre échelles "spatio-temporelles" simulées et représentativité des phénomènes mis en jeu lors des transformations du système étudié.Les méthodes multi-échelles appliquées à la science des matériaux doivent aussi prendre en compte les effets de températures finies afin de simuler des structures dans leurs conditions nominales d'utilisation industrielles. Ces dernières années, les effets de température ont été traités dans le cadre d'approximations locales : harmonique et/ou quasiharmonique. La prise en compte des effets anharmoniques reste difficile - mais nécessaire pour rendre compte de certains phénomènes physiques - et est un sujet de recherche à part entière pour l'amélioration des modèles multi-échelles.Les objectifs de cette thèse sont de (i) développer de nouveaux outils de simulations afin d’étendre les domaines d’applicabilité des méthodes multi-échelles (ii) et d’estimer des grandeurs de températures finies. Nous nous basons sur un ensemble de méthodes en plein essor dans le domaine de la science des matériaux : le Machine Learning. Ces méthodes permettent de développer des outils statistiques systématiques et d'étudier plus facilement des corrélations.Dans un premier temps, nous développons des méthodes d’estimations rapides de quantités dérivées de propriétés vibrationnelles harmoniques : l’entropie de formation de défauts et les fréquences d’attaque. Le formalisme développé est précis, transférable et permet de réduire grandement le coût numérique (évoluant traditionnellement comme O(N^3) où N est le nombre de particules dans le système) dont la complexité numérique évolue comme O(N).Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à quantifier l’influence des effets anharmoniques pour des systèmes métalliques. Nous développons une approche de calcul direct (couplant Machine Learning et méthodes d’énergie libre) permettant de calculer le coefficient d’auto-diffusion, avec une précision "ab initio", des métaux cubiques centrés. Nous confrontons directement nos résultats avec l’expérience et nous donnons une explication, générale pour les métaux cubiques centrés, du comportement anormal du coefficient d’auto-diffusion à hautes températures.

The dispersion of fillers in rubber is still an issue for the industry: industrial products usually contain defects such as filler agglomerates, which can cause their premature failure. Recently, industrials have started to explore nondestructive techniques such as X-ray tomography to characterize material defects. However, an appropriate methodology still needs to be developed. Moreover, further work is needed to relate the defects characteristics to material durability. Thus, extensively using X-ray Tomography, we developed a novel protocol to identify the distinct morphological classes of carbon black agglomerates in EPDM based materials and to precisely understand the influence of processing parameters on their morphology. Then, using a combination of in-situ/ex-situ tensile/fatigue tests, we studied model rubber compounds with different concentrations of carbon black agglomerates. We evidenced that agglomerates are the only precursors for crack initiation and that decohesion observed at the pole of metallic oxide inclusions does not initiate a crack. Furthermore, the rupture properties (using tensile specimen geometry) are independent of the agglomerate concentration (in the range studied). Cavities initiate inside some agglomerates, and grow to become internal fractures inside these agglomerates. To observe crack initiation, the fractured agglomerates must be in or near a favorable stress field and have a critical size greater than 40µm. Structure and eccentricity are not as critical when compared to the size. Moreover, the transition of an internal fracture to a crack is likely to be delayed if the agglomerate undergoes multiple fractures. As expected, the crack initiation mechanism during fatigue test is similar. The addition of oil in the formulation changes the morphology of the carbon black agglomerates (bigger, less structured and more spherical), but does not change the crack initiation mechanisms, even though the agglomerates require more fatigue cycles to fracture. Finally, internal fracturing of agglomerates in the vicinity of the crack tip is a dissipative mechanism that reduces the crack propagation rate for a given macroscopic strain energy release rate (G ), which has a significant impact at high G. The crack deviation/arrest by agglomerates (fractured or not) also increases the energy required to break the material., La dispersion des charges dans les élastomères reste un problème pour l'industrie : la plupart des produits industriels contiennent des défauts de type agglomérats de charges, qui peuvent provoquer leur défaillance prématurée. Récemment, les industriels ont commencé à explorer des techniques non destructives telles que la tomographie à rayons X pour caractériser les défauts du matériau. Cependant, une méthodologie appropriée doit encore être développée. En outre, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour établir un lien entre les caractéristiques des défauts et la durabilité des matériaux. Ainsi, en utilisant largement la tomographie à rayons X, nous avons développé un nouveau protocole pour identifier les classes morphologiques distinctes d'agglomérats de noir de carbone dans les matériaux élastomères et pour mieux comprendre l'influence des paramètres du procédé de mise en oeuvre sur leur morphologie. Ensuite, en utilisant une combinaison de tests de traction/fatigue in-situ/ex-situ, nous avons étudié des matériaux avec différentes concentrations d’agglomérats de noir de carbone. Nous avons montré que les agglomérats sont les seuls précurseurs de l'initiation des fissures et que la décohésion observée aux pôles d’inclusions d'oxyde métallique n'initie pas de fissure. De plus, les propriétés de rupture (en traction) sont indépendantes de la concentration en agglomérats (dans la gamme étudiée). Des cavités s'initient à l'intérieur des agglomérats de noir, et se développent pour devenir des fractures internes. Pour observer l'initiation d'une fissure, l’agglomérat fracturé doit être dans ou près d'un champ de contrainte favorable et avoir une taille critique supérieure à 40μm. La structure et l'excentricité ne sont pas aussi critiques que la taille. De plus, la transition d’une fracture interne dans un agglomérat à une fissure dans le matériau semble retardée si l’agglomérat subit des fractures multiples. Comme attendu, le mécanisme d'initiation des fissures en fatigue est similaire. En outre, l’ajout d'huile dans la formulation modifie la morphologie des agglomérats de noir de carbone (plus gros, moins structurés et plus sphériques), mais ne change pas le mécanisme d'initiation des fissures, même si un plus grand nombre de cycles de fatigue est nécessaire pour fracturer les agglomérats. Enfin, la fracturation interne des agglomérats au voisinage de la pointe de fissure est un mécanisme dissipatif qui réduit la vitesse de propagation de la fissure pour un taux de restitution d'énergie (G) macroscopique donné, ce qui a un impact significatif à G élevé. La déviation/arrêt des fissures par les agglomérats (fracturés ou non) augmente également l'énergie nécessaire à la rupture du matériau.

Les alliages à haute entropie forment une nouvelle classe de matériaux découverts récemment et démontrant des propriétés physiques et mécaniques très prometteuses. Ces solutions solides à phase unique présentent une grande dureté, une haute résistance à la corrosion, une bonne résistance aux dommages causés par l’irradiation ionique et une phase stable même à température élevée. Pour ces raisons, ils ont attiré l’attention pour plusieurs utilisations potentielles, notamment dans la prochaine génération de réacteurs nucléaires. Dans ce mémoire, nous étudierons la diffusion de défauts ponctuels dans l’alliage de 55Fe-28Ni-17Cr. Ces défauts sont très fréquemment créés par l’irradiation par ion ayant lieu dans les cuves des réacteurs nucléaires. Nous profiterons de l’occasion d’étudier un alliage ayant une microstructure complexe afin d’introduire et de tester une méthode du calcul du taux de transition global et local se basant sur le calcul du facteur pré-exponentiel de la théorie de l’état de transition harmonique (hTST). Ces méthodes sont implantées dans la technique d’activation-relaxation cinétique, une méthode de Monte Carlo cinétique, que nous utiliserons pour réaliser la diffusion de défauts ponctuels dans l’alliage. Nous démontrons une différence importante entre le taux de transition calculé avec et sans hTST qui peut mener à une erreur dans les propriétés calculées de diffusion des défauts. Nous démontrons également que le facteur pré-exponentiel obéit à une anti-loi de compensation de Meyer-Neldel. Le calcul local du facteur pré-exponentiel est étudié et nous démontrons qu’il est capable de reproduire le taux global pour plusieurs événements., High-entropy alloys are a novel class of materials discovered recently and demonstrating promising physical and mechanical properties. These single-phase solid solutions present a high hardness, a great resistance to corrosion, a good resistance to ion radiation damages and a stable phase even at high temperature. For these reasons they have attracted the attention for numerous potential uses, notably in the next generation of nuclear reactors. In this thesis, we study the diffusion of point defects in the 55Fe-28Ni-17Cr alloy. This kind of defect being very frequently created by irradiation in nuclear reactors. We will also use the occasion of having an alloy with a complex microstructure to add and test a method of computing the transition rate globally and locally based on the computation of the prefactor of the harmonic Transition State Theory (hTST). These additions will be made in the kinetic Activation-Relaxation Technique, a kinetic Monte Carlo method that will be used to study the diffusion of point defects in the alloy. We demonstrate that there is an important discrepancy between the rate computed with and without the hTST that can lead to an error in the computed diffusion properties of defects. We also show that the prefactor obeys an anti Meyer-Neldel compensation law. The local method to compute the prefactor is then studied and proven to be able to reproduce the global rate for a large number of events.

In order to promote the energy transition and ensure current and future energy production, the technology of thermodynamic solar power plants is among the most interesting. The installation and maintenance of such devices require being able to characterize, calibrate and adjust the optical elements allowing the collection and concentration of direct solar flux. This study concerns more especially the heliostats of tower power plants, whose proper functioning depends on their correct solar tracking, the alignment of these mirrors and their curvature. This manuscript proposes a study concerning so-called “backward-gazing” methods allowing the detection of surface slope defects of heliostats. First of all, the study concerns the numerical and then experimental optimization of a method using four cameras, for which the development was carried out from previous work. The principle of this method is based on knowing the brightness profile of the Sun, associated with the observation of the heliostat from four points of view. The study then turns to the development and study of two backward-gazing methods using only one camera. The principles of these methods are also based on the knowledge of the solar brightness profile, but differ in the way of reconstructing the surface slopes. Rather than observe the heliostat from multiple points of view, the first of the two new methods uses the natural movement of the Sun to virtually multiply the points of view, while the second uses the multiplication of the measurement points on the surface of the heliostat. The second backward-gazing method with one camera is then applied to experimental data, obtained during the measurement campaigns. The sources of error are identified and theimprovements to be made are proposed at the end of this manuscript, in the perspective of an industrial scale development., Afin de favoriser la transition énergétique et d’assurer la production d’énergie actuelle et future, la technologie des centrales solaires thermodynamiques figure parmi les plus intéressantes. La mise en place et la maintenance de tels dispositifs nécessite d’être en mesure de caractériser, de calibrer et de régler les éléments optiques permettant la collection et la concentration du flux solaire direct. Cette étude traite tout particulièrement des héliostats de centrales à tour, dont le bon fonctionnement dépend de son suivi solaire correct, de l’alignement de ces miroirs ainsi que de leur courbure. Ce manuscrit propose une étude concernant des méthodes dites de « rétro-visée » permettant de détecter les défauts de pentes de surface des héliostats. L’étude concerne tout d’abord l’optimisation numérique puis expérimentale d’une méthode utilisant quatre caméras, et dont le développement a été effectué à partir de travaux antérieurs. Le principe de cette méthode repose sur la connaissance du profil de luminance du Soleil, associé à l’observation de l’héliostat depuis quatre points de vue. L’étude porte ensuite sur le développement et l’étude de deux méthodes de rétro-visée n’utilisant qu’une seule caméra. Les principes de ces méthodes sont également basés sur la connaissance du profil de luminance solaire, mais diffèrent dans la façon de reconstruire les pentes de surface. A défaut d’observer l’héliostat depuis plus points de vue, la première des deux nouvelles méthodes utilise le mouvement naturel du Soleil pour multiplier virtuellement les points de vue, tandis que la seconde utilise la multiplication des points de mesures à la surface de l’héliostat. La seconde méthode de rétro-visée à une caméra est ensuite appliquée à des images expérimentales, réalisées durant les campagnes de mesures. Les sources d’erreur sont identifiées et les améliorations à apporter sont proposées à la fin de ce manuscrit, dans la perspective d’un développement à l’échelle industrielle.

The Dzyaloshinskii-Moriya interaction in ultrathin magnetic films gives birth to chiral magnetic domain walls, which have a potential for applications in spintronics and magnetic storage. This thesis aims for a better description of chiral domain-walls under an external in-plane magnetic field used to affect their static and dynamic behaviors. The first chapter gives an overview of existing theoretical and experimental works concerning chiral domain walls. The second chapter describes the methods used by the author to measure the velocity of domain walls in three different samples of ultrathin magnetic films with perpendicular anisotropy. A new semi-analytical model, dubbed the "small-circle" and detailed in chapter three, was developed to address the determination of the domain wall structure. The fourth chapter presents the experimental results of our study of domain wall velocity under out-of-plane and in-plane field, as well as the universal analysis allowing to extract pinning parameters and the value of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction. Finally, chapter five shows that our experiments allow to measure the strength and length-scale of the interaction between domain walls and the underlying pinning disorder., L'interaction Dzyaloshinskii-Moriya dans les couches magnétiques ultraminces est à l'origine de parois de domaines magnétiques chirales, qui présentent un fort intérêt pour la spintronique et le stockage magnétique. Cette thèse cherche à obtenir une meilleure description des parois magnétiques chirales soumises à un champ planaire permettant de modifier leur comportement statique et dynamique. Le premier chapitre de la thèse fait le point sur les théories existantes et les derniers résultats expérimentaux concernant la dynamique de parois chirales. Le deuxième chapitre décrit les méthodes utilisées pour mesurer la vitesse des parois de domaines dans trois échantillons de couches magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire. Pour accéder à la structure des parois nous avons développé un nouveau modèle micromagnétique, dit du petit cercle, qui est présenté dans le chapitre trois. Le chapitre quatre présente nos résultats expérimentaux de dynamique de parois, ainsi que l'analyse universelle permettant d'en extraire les paramètres macroscopiques décrivant le désordre et la valeur de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya. Enfin, le cinquième chapitre présente nos conclusions sur l'interaction entre la structure des parois de domaine et son ancrage par l'échantillon.

In this thesis we couple the projected augmented wave formulation of density functional theory with the Boltzmann transport equation for phonons to study the thermal transport in semiconductors. In particular, a recently developed Green’s functions formalism is used to compute the phonon-defect scattering rates through evaluation of the T-matrix and application of the optical theorem. This methodology is explained and applied to study extrinsic dopants in boron arsenide (BAs) and p-type half-Heusler compounds (HHs).BAs is a novel material with promising electronic and thermal management applications in virtue of its high room-temperature thermal conductivity (κ), while p-type HHs have induced a large interest in the scientific community in the recent years in virtue of their promising thermoelectric applications in medium temperature range.In the case of boron arsenide we study a set of stable impurities that possess a dual nature of acceptors and donors, depending on which atom they substitute, and we assess how neutral and ionised dopants differently scatter phonons and reduce the thermal conductivity. We also extend our formulation to account for effects induced by the thermodynamics of defect formation and we evaluate howκis reduced by a mixing of charged and neutral acceptors and donors.In the case of half-Heuslers we study the role of the complete perturbation induced by substitutional defects on the lattice with respect to simpler models, and we give an explanation of the numerical results in term of pristine compound properties, namely electron and phonon projected density of states. Finally, we find a simple analytical model that fit the ab initio conductivity curves with few percent of errors., Dans cette thèse, nous couplons la formulation "projected augmented wave" de la théorie fonctionnelle de densité avec l’équation de transport de Boltzmann pour les phonons pour étudier le transport thermique dans les semi-conducteurs. En particulier, un formalisme basé sur les fonctions de Green récemment développé est utilisé pour calculer les taux de diffusion des phonons par les défauts par l’évaluation de la matrice T et l’application du théorème optique. Cette méthodologie est expliquée et appliquée afin d’étudier les dopants extrinsèques dans l’arséniure de bore (BAs) et les composés demi-Heusler de type p (HHs). BAs est un nouveau matériau avec des applications de gestion électronique et thermique prometteuses en raison de sa conductivité thermique (κ) à température ambiante élevée, tandis que les HHs de type p ont suscité un grand intérêt dans la communauté scientifique ces dernières années pour à leurs applications thermoélectriques prometteuses dans une plage de températures moyennes (entre 500 and 800◦C).Dans le cas de l’arséniure de bore, nous étudions un ensemble d’impuretés stables qui possèdent une double nature d’accepteurs et de donneurs, selon l’atome qu’elles remplacent, et nous évaluons comment les dopants neutres et ionisés dispersent différemment les phonons et réduisent la conductivité thermique. Nous étendons également notre formulation pour tenir compte des effets induits par la thermodynamique de la formation des défauts et nous évaluons comment κ est réduit par un mélange d’accepteurs et de donneurs chargés et neutres. Dans le cas des demi-Heuslers, nous étudions le rôle de la perturbation complète induite par des défauts de substitution sur le réseau par rapport à des modèles plus simples, et nous donnons une explication des résultats numériques á partir des propriétés du composé pur, à savoir les densités d’états électroniques et phononiques projetées sur les différentes orbitales atomiques. Enfin, nous proposons un modèle analytique simple qui correspond aux courbes de conductivité ab initio avec un faible pourcentage d’erreur.

National audience; Cet ouvrage se présente comme un guide pratique à l’attention des étudiants ou jeunes diplômés à la recherche d’un stage de fin d’études, d’un contrat de professionnalisation ou d’un premier emploi. Il vise à les préparer au « rôle de candidat idéal » qu’ils devront « jouer ».L’ouvrage est rythmé par des quiz, des témoignages d’anciens candidats, des questions et attentes de recruteurs, des astuces et des conseils pratiques, des statistiques, des photographies et des schémas. Ces conseils abordent l’ensemble du processus de recrutement (CV, lettre de motivation, e-mail de motivation, profil sur les réseaux sociaux professionnels, entretien de présélection, entretien d’embauche, suivi des candidatures, relances, etc.), et préparent le candidat à gérer sa première impression, sa posture, sa gestuelle et ses émotions.De plus, l’ouvrage repose sur les expériences de recrutement de plus de 900 candidats issus de diverses spécialités (biologie, électrique, informatique, mathématiques, physique, logistique, énergie). Pour faciliter la préparation des candidats, ces retours d’expérience ont permis de lister plus de 400 questions posées par les recruteurs, classées par type de recruteurs et par spécialités. Grâce à l’analyse de l’expérience de recherche d’emploi de ces anciens élèves ingénieurs, des parcours types de recrutement et des conseils spécifiques par métier ou domaine d’activité viennent enrichir ce guide pratique. Les statistiques collectées auprès de ces candidats apportent, en outre, des éléments tels que les périodes de recrutement, les temps d’attente entre la candidature et l’obtention de l’emploi, le nombre d’entretiens, de questionnaires, de tests, d’assessment center vécus par les candidats, le nombre d’échecs avant l’obtention d’une réponse positive.

Fatigue is the main phenomenon causing the failure of mechanical structures. For very long service lives the initiation of cracks leading to the failure of in service mechanical parts changes from surface to volume. Due to experimental difficulties the propagation of internal cracks has only been studied to a limited extent in situ and in 3D. However, it is crucial from a dimensional point of view to know the behaviour of such cracks. In this work, in situ monitoring of the initiation and propagation of internal cracks was carried out by X-ray tomography (synchrotron source). Firstly, a method for manufacturing specimens was developed to enable systematic, non-destructive, and 3D visualization of the propagation of internal cracks in a titanium alloy (Ti-6Al-4V) at 20 Hz. For this purpose, an artificial defect was drilled on the surface of a rolled sheet of this material. A second sheet, placed on top of the first one, was diffusion bonded by spark plasma sintering, making it possible to make the defect volumetric. In situ fatigue tests showed the crucial role of the environment (vacuum) and, to a lesser extent, that of the crystallographic texture on the internal crack propagation rates. Secondly, an ultrasonic fatigue machine (cycling frequency of 20 kHz) allowing in situ testing at the synchrotron was used to study the 3D propagation of internal cracks in A357-T6 aluminium alloy specimens containing an artificial internal defect. The 3D grain distribution obtained by Diffraction Contrast Tomography (DCT) was used to study the interaction mechanisms between the microstructure and the 3D crack path., La fatigue est le principal phénomène causant la rupture de structures mécaniques. Pour les très grandes durées de vie, l’amorçage des fissures menant à la rupture des pièces en service passe de la surface au volume. Du fait des difficultés expérimentales, la propagation des fissures internes n’a que très peu été étudiée in situ et en 3D. Il est cependant crucial du point de vue du dimensionnement de connaître le comportement de telles fissures. Dans ces travaux, le suivi in situ de l’amorçage et de la propagation de fissures internes a été réalisé par tomographie aux rayons X (source synchrotron). Premièrement, une méthode de fabrication d’éprouvettes a été élaborée pour permettre de visualiser de manière systématique, non destructive et en 3D la propagation à 20 Hz de fissures internes dans un alliage de titane (Ti-6Al-4V). Un défaut artificiel a pour cela été usiné à la surface d’une tôle laminée de ce matériau. Une seconde tôle, placée sur la première, a été soudée par diffusion au frittage flash, permettant ainsi de rendre le défaut volumique. Des essais de fatigue in situ ont permis de montrer le rôle crucial de l’environnement (vide) ainsi que, dans une moindre mesure, celui de la texture cristallographique sur les vitesses de propagation des fissures internes. Deuxièmement, une machine de fatigue ultrasonique (fréquence de cyclage de 20 kHz) permettant de réaliser des essais in situ au synchrotron a été utilisée pour étudier la propagation 3D de fissures internes dans des éprouvettes d’alliage d’aluminium A357-T6 contenant un défaut interne artificiel. L’obtention préalable de la distribution 3D des grains par tomographie en contraste de diffraction (DCT) a permis d’étudier les mécanismes d’interaction entre la microstructure et le chemin de fissuration en 3D.

La complexité du contact caché entre l'outil et la pièce et son influence sur le écoulement de la matière et la qualité de la soudure représentent toujours un défi pour la communauté du soudage par friction-malaxage (FSW). Pour cette raison, des travaux expérimentaux et de simulation ont été développés pour améliorer la compréhension du processus et la relation entre les paramètres opératoires, l’écoulement de la matière et la qualité de la soudure. Tout d'abord, l'activité expérimentale a été orientée vers la mesure des quantités physiques générées pendant le processus afin d'identifier les défauts internes en analysant les caractéristiques des signaux. Ensuite, l'accent a été mis sur le champ thermique, en déterminant les fenêtres de température optimales pour garantir la santé des soudures et en identifiant la relation entre les paramètres de soudage et la température maximale dans la nugget zone par le biais d'un modèle semiempirique. Dans la deuxième partie, la modélisation s'est concentrée sur l'intégration d'une nouvelle loi d'évolution de l'endommagement pour prendre en compte l'interaction des surfaces naissantes résultant de l'endommagement pendant la simulation des processus de déformation plastique sévère (SPD) basée sur l'approche couplée Eulerian-Lagrangian (CEL). La loi d'évolution de l'endommagement proposée a été inversement calibrée sur l'interaction entre des copeaux consécutifs en coupe orthogonale et a ensuite été intégrée dans un modèle numérique 3D de FSW basé sur l'approche CEL. La similitude prometteuse de l'écoulement de la matière obtenue dans les expériences et la simulation soutient l'intégration du frottement résultant de l'endommagement dans l'approche CEL pour mieux décrire le comportement de la matière pendant les processus SPD.

National audience; In this thesis, we describe the effect of localized defects on the electronic properties of silicon. After 60 years of silicon devices production, one might expect all details of this material to be fully understood, especially considering that the manufacture of nowadays nanometer-sized transistors requires quasi-atomic accuracy. However, as a direct result of such extreme miniaturization, the accidental creation of even one single trapping center can be sufficient to alter the desired electronic properties of the sample, becoming one of the most feared phenomena in the industry. Since the early years, the identification of these centers has been possible through the development of characterization techniques, capable of targeting specific defect properties, related to the position of the center-induced states within the semiconductor gap (infrared optical absorption, DLTS spectroscopy) or to the atomic distortions triggered by the form of the localized electronic density (EPR spectroscopy). Such collection of experimental data motivated the development of simple symmetry-based models, qualitatively reproducing the basic features of defects. The later exponential increase in computational power made ab-initio calculations the perfect candidate to give a quantitative theoretical model of point-defects in semiconductors. Atomistic numerical simulations in silicon, based on the Density Functional Theory, do however typically target specific defect-properties, not giving a complete theoretical picture of the system, often overlooking previous models and experimental evidence. In the present thesis, we provide new insight into iconic defects in silicon through the quantification of long-established atomistic models, making an explicit link with the characterization techniques. Our detailed exploration of the DFT energy surface of the silicon E-center, guided by a simple Jahn-Teller model, confirmed the observed defect-dynamics at different temperature regimes, allowing us to link the presence of such point-like defect to a burst noise in image sensors. Moreover, we investigate the hypothesis of enhancing photon-absorption in titanium-doped silicon solar cells by describing many-body effects in the form of the GW approximation, assigning the charged electronic excitations to transitions between Ti-related states, previously depicted by a phenomenological model for transition metals in silicon. We also propose a generalization of the preexisting toy-models to tackle complex centers, for which a notorious controversy within the ab-initio community still exists, showing explicitly the limitations of mean-field approaches when targeting highly localized electronic densities. We conclude with a brief critical review of the theoretical characterization of the defects electronic activity, and in particular the capture cross section of non-radiative transitions.; Dans cette thèse, nous décrivons l'effet des défauts localisés sur les propriétés électroniques du silicium. Après 60 ans de production industrielle de dispositifs à base de silicium, on pourrait s'attendre à ce que tous les caractéristiques de ce matériau soient parfaitement comprises, surtout si l'on considère que la fabrication des transistors actuels à l'échelle du nanomètre nécessite une précision quasi atomique. Cependant, en conséquence directe de cette miniaturisation extrême, la création accidentelle d'un seul défaut peut suffire à modifier les propriétés électroniques souhaitées de l'échantillon, devenant ainsi l'un des phénomènes les plus redoutés de l’industrie. Historiquement, l'identification de ces centres a été possible grâce au développement et à l’amélioration des techniques de caractérisation, capables de cibler des propriétés de défaut spécifiques, par exemple, liées à la position des états induits par le centre dans la bande interdite du semi-conducteur (absorption optique infrarouge, spectroscopie DLTS) ou aux distorsions atomiques déclenchées par la forme de la densité électronique localisée (spectroscopie EPR). Une telle quantité de données expérimentales a motivé le développement de modèles simples basés sur la symétrie, reproduisant qualitativement les caractéristiques fondamentales des défauts. Plus récemment l'augmentation exponentielle de la puissance de calcul a fait des calculs ab initio le modèle théorique parfait pour fournir une représentation quantitatif des défauts ponctuels dans les semi-conducteurs. Les simulations numériques à l’échelle atomique dans le silicium, basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, ciblent cependant généralement des propriétés spécifiques des défauts, ne donnant pas une image théorique complète du système, et négligeant souvent les modèles précédents et les preuves expérimentales. Dans cette thèse, nous apportons une nouvelle vision sur les défauts emblématiques du silicium par la quantification de modèles identifiés de longue date, en établissant un lien explicite avec les techniques de caractérisation. Notre exploration détaillée de la surface d'énergie potentielle du “E-center” du silicium, guidée par un modèle simple de Jahn-Teller, a confirmé la dynamique des défauts observée à différents régimes de température, nous permettant de relier la présence d'un tel défaut ponctuel à un bruit électronique dans les capteurs d'images. De plus, nous étudions l'hypothèse d'une amélioration de l'absorption des photons dans les cellules solaires en silicium dopé au titane en décrivant les effets à plusieurs corps à l’aide de l’approximation GW. De cette manière, on attribue les excitations électroniques chargées aux transitions entre les états du titane, précédemment décrits par un modèle phénoménologique pour les métaux de transition dans le silicium. Nous proposons également une généralisation des toy-models préexistants pour aborder les centres complexes, pour lesquels une controverse notoire au sein de la communauté ab initio existe toujours, montrant explicitement les limites des approches de champ moyen lorsqu'elles ciblent des densités électroniques hautement localisées. Nous concluons par une brève revue critique de la caractérisation théorique de l'activité électronique des défauts, et en particulier de la section efficace de capture des transitions non radiatives.

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire se concentrent sur la prise en compte de l’effet du procédé sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles des matériaux métalliques (entre 10⁵ et 10⁷ cycles). Ces travaux ont pour originalité de balayer une large gamme de couple procédé-matériau avec pour objectif de développer des critères capables d’intégrer l’effet du procédé sur la tenue en fatigue. Pour les différents couples procédé-matériau abordés, des essais de fatigue originaux visant à découpler les effets des paramètres procédés sont développés et conduits. La compréhension fine des mécanismes d’endommagement permet ensuite de proposer des approches le plus souvent probabilistes physiquement justifiées. Des approches numériques basées sur la méthode des éléments finis intégrant les spécificités des couples matériaux-procédé étudiés (topologie de surface, gradient de chargement, défaut…) sont parfois conduites pour analyser les résultats obtenus. Quand les liens entre les caractéristiques sensibles en fatigue et les conditions procédé sont connus, un chainage numérique complet procédé-tenue en fatigue est proposé. Plus précisément, mes travaux se sont tout d’abord intéressés aux procédés modifiant la microstructure du matériau par déformation plastique à chaud et à froid mais également par traitement thermique. Mes activités se sont ensuite tournées vers la prise en compte de l’intégrité de surface des pièces forgées, usinées et issues de fabrication additive sur la tenue en fatigue. Différentes approches numériques intégrant la topologie de surface 3D réelle ont pour ces besoins été développées. La prise en compte des populations de défauts (pores) dans les matériaux métalliques issus de fabrication additive est ensuite devenue l’une de mes activités de recherche importante. Ces différents travaux ont nécessité le développement d’approches probabilistes et transverses entre les différentes problématiques abordées.

Viruses are in many ways fascinating biological systems. They vary in their structure, their replication methods, and in their target hosts. They are the smallest self-replicating and self-assembling entities on Earth. Viruses are partly made of a protein shell called the capsid, the most important and interesting component as it encloses their genetic material. The main role of the capsid is to protect the viral genome. As a result and despite their smallness, they have evolved to sustain high external or internal constraints. However, the mechanisms underlying the appearance of viruses (through the capsids shape) and those that bring their high resistances are still poorly understood. Such problematics are of great interest as they could lead to the development of artificial nanocages. Viral derived nanocages are promising for various bioappplications, such as gene therapies or nanoapplications, such as drug delivery. The work I propose in my Ph.D. aims to contribute modestly to the understanding of viral assembly and stability using both analytical and numerical investigations.Viruses are biological structures produced thanks to molecular self-assembly. Because the final crystal is too be curved, the induced elastic stress is relaxed thanks to the introduction of topological defects in the protein lattice. We propose in the Ph.D. thesis a quantitative mechanism for this phenomenon by using standard thin shell elasticity. In particular, we show that the type and the angular location of a defect is determined by the value of the azimuthal stress that characterizes compressive or tensile regions. The elastic model proposed permits us to compare quantitatively the relaxation of mechanical stress induced by various defect distributions.Testing the mechanical stability of viral particles is possible thanks to nanoindentation experiments by atomic force microscopy. Using a coarse-grained molecular simulation of a viral structure, we build in the Ph.D. thesis a framework to help interpret mechanical information obtained by such nanoexperiments. More specifically, non-vanishing Gaussian curvature of viruses and the geometry of the tip have an influence on the viral quantitative stiffnesses that can be extracted. The coalescence of analytical and numerical results enables us to capture and rationalize the latter influence. We hope the latter work to be of interest for following investigations regarding mechanical aspects of viruses.; Les différentes propriétés des virus en font des objets intéressants et fascinants. On peut en trouver de différentes structures, avec des méthodes de réplication différentes et ils sont spécifiques à leurs cibles. Ils constituent la plus petite entité auto-assemblée, elle-même encodée par un matériel génétique. Ce génome est protégé par une capside à l'intérieur virus lui-même. La capside est le constituant le plus important d'un virus. Son rôle est de protéger le génome viral des agressions extérieures. De fait, elle peut supporter de hautes contraintes mécaniques ou chimiques externes et/ou internes. Cependant, les mécanismes conduisant à leur construction, influençant leurs formes et leur conférant cette résistance sont toujours assez peu compris. Ces problématiques présentent un intérêt majeur car elles ouvrent la porte au développement de nanocages. Ces nanocages inspirées des virus pourraient être particulièrement utiles pour des applications biologiques, en thérapie génique par exemple, ou des applications technologiques, comme la délivrance de médicaments à des cibles spécifiques. Le travail présenté dans cette thèse se propose modestement de contribuer à la compréhension de l'auto-assemblage et de la stabilité virale en utilisant des modèles numériques et analytiques.Les virus sont des échafaudages biologiques auto-assemblés. La structure finale étant nécessairement courbée, la contrainte élastique au cours de l'auto-assemblage due à la courbure est relachée par l'inclusion de défauts topologiques dans le réseau protéique. Dans cette thèse, par l'utilisation de la physique de l'élasticité en milieu continu, on propose un mécanisme pour ce phénomène. En particulier, on montre que le type et la localisation angulaire du défaut à la frontière de l'assemblage sont deux paramètres fixés par la contrainte azimuthale, celle-ci pouvant être compressive ou extensive. Le modèle élastique proposé permet de comparer et d'évaluer l'effet relaxant de différentes distributions de défauts topologiques dans la structure.L'évaluation et les tests de stabilité mécaniques des structures virales ont été rendus possible par les expériences de nanoindentation par microscopie à force atomique. En utilisant une simulation numérique de dynamique moléculaire d'une structure virale gros-grains, on construit dans cette thèse un cadre de travail permettant d'aider à l'interprétation des informations mécaniques tirées de ces expériences. Plus spécifiquement, la courbure Gaussienne non-nulle du virus indenté et la géométrie de la pointe utilisée pour l'indentation ont des influences sur la rigidité mécanique effective pouvant être extraite expérimentalement. La coalescence de résultats numériques et théoriques nous permet de capturer et de rationaliser cette influence. On espère que ce travail pourra être d'intérêt pour des recherches futures portant sur les propriétés mécaniques des virus.

International audience; Single crystal quality is a key issue for optical applications. Indeed, in optical frequency conversion processes, defects in single crystals can drastically decrease the conversion yield. The study of the quality of an AgGaGeS4 single crystal is presented in this work. Scanning Electron Microscopy (SEM) combined with Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) was used to perform a chemical analysis mapping of a large size single crystal cut (surface 26 x 20 mm 2). Chemical inhomogeneity was found along the crystal growth axes and confirmed by optical characterization showing laser beam perturbations. Compounds volatility, lack of melt homogenization and instability of crystallization front might explain this chemical inhomogeneity. Solutions to improve the crystal growth process and enhance the crystal's quality are finally proposed.

Inspirés des technologies microélectroniques CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), les capteurs d’images CMOS sont largement utilisés dans de nombreuses applications grand public et prédominent sur le marché commercial des caméras intégrées. Au cours de la dernière décennie, de nombreuses avancées technologiques ont permis au capteur d’image CMOS d’atteindre d’excellentes performances ainsi qu’une faible consommation d’énergie. Par conséquent, ces imageurs deviennent des candidats essentiels pour un nombre croissant d’applications spatiales et nucléaires. Cependant, le comportement de ces dispositifs microélectroniques dans les environnements radiatifs nucléaires et spatiaux est encore mal compris. Par conséquent, il est nécessaire d’étudier les différents mécanismes qui conduisent à la dégradation des performances des capteurs d’images CMOS et en particulier à l’augmentation du courant d’obscurité, un signal parasite qui augmente avec les doses de radiations.Parmi ces doses de radiations, la dose dite de déplacement, relative à l’altération de la structure cristalline du silicium, reste peu étudiée par rapport à la dose dite ionisante. Dans les dernières technologies de capteurs d’images CMOS utilisant des photodiodes pincées, la dose ionisante n’est plus le mécanisme de dégradation dominant dès lors que la dose de déplacement est mise en jeu. La dose de déplacement devient le mécanisme de dégradation principal qui conduit à l’augmentation du courant d’obscurité. Ce travail se concentre principalement sur le rôle des défauts cristallins, créés par la dose de déplacement induits par les radiations, dans l’augmentation du courant d’obscurité des capteurs d’images CMOS. Un intérêt particulier est accordé aux défauts métastables qui sont probablement la cause des fluctuations discrètes et aléatoires du courant d’obscurité appelé : signal des télégraphistes. Cette étude présente un double enjeu :Le premier vise à contribuer à l’amélioration des connaissances des principes physiques mis en jeu dans le silicium cristallin face aux radiations. Les interactions particule-matière,associées à l’architecture spécifique des capteurs d’images, visent à fournir des outils fiables pour l’analyse des défauts induits par les radiations dans le silicium. Ces observations et résultats peuvent être étendus à tous les dispositifs à base de silicium et plus généralement aux autres dispositifs à semi conducteurs.Le second vise à identifier les différents mécanismes conduisant à l’augmentation du courant d’obscurité des capteurs d’images CMOS lorsqu’ils fonctionnent dans des environnements radiatifs. L’étude vise à identifier et à améliorer la connaissance des comportements des sources de courant d’obscurité dans le but d’optimiser les capteurs d’images CMOS pour les futures applications spatiales et nucléaires. Inspired by the microelectronic Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) technologies, CMOS image sensors are widely used in many consumer-grade applications and are predominant in the commercial market for embedded cameras. Over the past decade,numerous technological advances allowed state-of-the-art CMOS image sensors to achieve excellent performances as well as low-power consumption. Therefore, CMOS image sensors are becoming essential candidates for a growing number of high-end applications such as space and nuclear applications. However, the behavior of these microelectronic devices inspace and nuclear radiative environments is still under understanding. Hence, studies still investigate the different mechanisms that lead to the degradation of CMOS image sensor performances including the radiation-induced dark current increase, a parasitic signal that increases with radiation doses. Among these radiation doses, the so-called displacement dose,relative to the alteration of the crystalline structure of the silicon, remains poorly studied compared to the so-called ionizing dose. In the latest CMOS image sensor technologies using pinned photodiodes, the ionizing dose is no longer the main degradation mechanism when the displacement dose is at stake. From then on, the displacement dose becomes the principal degradation mechanism that leads to the dark current increase. This work mainly focuses onthe role of the crystalline defects, created by radiation-induced displacement damage, in the CMOS image sensor dark current increase. Particular interest is given to metastable defects,which are probably the cause of discrete and random fluctuations of the dark current called : Dark Current Random Telegraph Signal (DC-RTS). This study presents a double objective :The first aims to contribute to improving knowledge of the physical principles involved in crystalline silicon when facing radiations. Particle-matter interactions, combined with the specific architecture of image sensors, aim to provide reliable tools to analyze the radiation induced defects in silicon. Observations and findings can be extended to all silicon-based devices and more generally to other semiconductor-based devices.The second seeks to identify the different mechanisms leading to CMOS image sensor dark current increase when operating in radiative environments. The study aims to identify and improve knowledge on the behavior of dark current sources aiming to optimize CMOS image sensors for future space and nuclear applications.

The development of the tongue begins as known, in the floor of the primitive oral cavity, when the human embryo is four weeks old.More specifically, the tongue develops from the region of the first three or four branchial arches during the period that the external face develops. Malformations of the tongue, are structural defects, present at birth and happening during embryogenesis. The most common malformations are:1. Aglossia2. Microglossia, which is always combined with other defects and syndromes, like Moëbius syndrome3. Macroglossia, which is commonly associated with cretinism, Down’s syndrome, Hunter’s syndrome, Sanfilippo syndrome and other types of mental retardation4. Accesory tongue5. Long tongue6. Cleft or Bifid tongue, condition very usual in patients with the orodigitofacial syndrome7. Glossitis Rhombica Mediana, a developmental malformation?8. Lingual thyroid.Malformations are extensively analysed and discussed., Le développement de la langue commence au niveau du plancher de la cavité orale primitive lorsque l’embryon humain est âgé de 4 semaines.Plus précisément, la langue se développe dans la région des trois ou quatre premiers arcs branchiaux durant la période du développement de la face externe. Les malformations de la langue correspondent à des défauts de structure présents à la naissance et survenant au cours de l’embryogenèse. Les malformations les plus communes sont:1. Aglossie2. Microglossie, qui est souvent combinée à d’autres anomalies ou syndromes, tel le syndrome de Moebius3. Macroglossie, qui est communément associée au crétinisme, au syndrome de Down, au syndrome de Hunter, au syndrome de Sanfilippo et à d’autres types de retard mental4. Langue accessoire5. Langue longue6. Langue bifide, condition très usuelle chez des patients présentant le syndrome orodigitofacial7. Glossite rhomboïde médiane (?)8. Thyroïde linguale.Les malformations sont analysées et discutées.

In this thesis, we describe the effect of localized defects on the electronic properties of silicon. After 60 years of silicon devices production, one might expect all details of this material to be fully understood, especially considering that the manufacture of nowadays nanometer-sized transistors requires quasi-atomic accuracy. However, as a direct result of such extreme miniaturization, the accidental creation of even one single trapping center can be sufficient to alter the desired electronic properties of the sample, becoming one of the most feared phenomena in the industry. Since the early years, the identification of these centers has been possible through the development of characterization techniques, capable of targeting specific defect properties, related to the position of the center-induced states within the semiconductor gap (infrared optical absorption, DLTS spectroscopy) or to the atomic distortions triggered by the form of the localized electronic density (EPR spectroscopy). Such collection of experimental data motivated the development of simple symmetry-based models, qualitatively reproducing the basic features of defects. The later exponential increase in computational power made ab-initio calculations the perfect candidate to give a quantitative theoretical model of point-defects in semiconductors. Atomistic numerical simulations in silicon, based on the Density Functional Theory, do however typically target specific defect-properties, not giving a complete theoretical picture of the system, often overlooking previous models and experimental evidence. In the present thesis, we provide new insight into iconic defects in silicon through the quantification of long-established atomistic models, making an explicit link with the characterization techniques. Our detailed exploration of the DFT energy surface of the silicon E-center, guided by a simple Jahn-Teller model, confirmed the observed defect-dynamics at different temperature regimes, allowing us to link the presence of such point-like defect to a burst noise in image sensors. Moreover, we investigate the hypothesis of enhancing photon-absorption in titanium-doped silicon solar cells by describing many-body effects in the form of the GW approximation, assigning the charged electronic excitations to transitions between Ti-related states, previously depicted by a phenomenological model for transition metals in silicon. We also propose a generalization of the preexisting toy-models to tackle complex centers, for which a notorious controversy within the ab-initio community still exists, showing explicitly the limitations of mean-field approaches when targeting highly localized electronic densities. We conclude with a brief critical review of the theoretical characterization of the defects electronic activity, and in particular the capture cross section of non-radiative transitions., Dans cette thèse, nous décrivons l'effet des défauts localisés sur les propriétés électroniques du silicium. Après 60 ans de production industrielle de dispositifs à base de silicium, on pourrait s'attendre à ce que tous les caractéristiques de ce matériau soient parfaitement comprises, surtout si l'on considère que la fabrication des transistors actuels à l'échelle du nanomètre nécessite une précision quasi atomique. Cependant, en conséquence directe de cette miniaturisation extrême, la création accidentelle d'un seul défaut peut suffire à modifier les propriétés électroniques souhaitées de l'échantillon, devenant ainsi l'un des phénomènes les plus redoutés de l'industrie. Historiquement, l'identification de ces centres a été possible grâce au développement et à l'amélioration des techniques de caractérisation, capables de cibler des propriétés de défaut spécifiques, par exemple, liées à la position des états induits par le centre dans la bande interdite du semi-conducteur (absorption optique infrarouge, spectroscopie DLTS) ou aux distorsions atomiques déclenchées par la forme de la densité électronique localisée (spectroscopie EPR). Une telle quantité de données expérimentales a motivé le développement de modèles simples basés sur la symétrie, reproduisant qualitativement les caractéristiques fondamentales des défauts. Plus récemment l'augmentation exponentielle de la puissance de calcul a fait des calculs ab initio le modèle théorique parfait pour fournir une représentation quantitatif des défauts ponctuels dans les semi-conducteurs. Les simulations numériques à l'échelle atomique dans le silicium, basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, ciblent cependant généralement des propriétés spécifiques des défauts, ne donnant pas une image théorique complète du système, et négligeant souvent les modèles précédents et les preuves expérimentales. Dans cette thèse, nous apportons une nouvelle vision sur les défauts emblématiques du silicium par la quantification de modèles identifiés de longue date, en établissant un lien explicite avec les techniques de caractérisation. Notre exploration détaillée de la surface d'énergie potentielle du "E-center" du silicium, guidée par un modèle simple de Jahn-Teller, a confirmé la dynamique des défauts observée à différents régimes de température, nous permettant de relier la présence d'un tel défaut ponctuel à un bruit électronique dans les capteurs d'images. De plus, nous étudions l'hypothèse d'une amélioration de l'absorption des photons dans les cellules solaires en silicium dopé au titane en décrivant les effets à plusieurs corps à l'aide de l'approximation GW. De cette manière, on attribue les excitations électroniques chargées aux transitions entre les états du titane, précédemment décrits par un modèle phénoménologique pour les métaux de transition dans le silicium. Nous proposons également une généralisation des toy-models préexistants pour aborder les centres complexes, pour lesquels une controverse notoire au sein de la communauté ab initio existe toujours, montrant explicitement les limites des approches de champ moyen lorsqu'elles ciblent des densités électroniques hautement localisées. Nous concluons par une brève revue critique de la caractérisation théorique de l'activité électronique des défauts, et en particulier de la section efficace de capture des transitions non radiatives.

The realization of graphene-based hybrid structures, where graphene is associated with other materials, offers a promising avenue for testing a variety of phenomena. In particular, one can induce properties in graphene by proximity effects. Here, the targeted graphene-based system consists of a quasi free-standing graphene platform with induced superconducting character and in close vicinity to magnetic impurities. According to recent theoretical articles, such a sample could exhibit unconventional Yu-Shiba-Rusinov (YSR) states.Although the targeted graphene-based system was not fabricated yet, we have addressed, with the help of surface science tools, all three ingredients required for its realization (quasi-free standing graphene, induced superconducting character and proximity to magnetic impurities).As previously demonstrated, graphene can be rendered superconducting by growing it directly on top of a superconducting material such as rhenium. Structural aspects related to graphene grown on Re(0001) were investigated. In particular, we showed that increasing the number of annealing cycles positively contributes to growing high-quality extended graphene domains. The structure of a surface rhenium carbide, which constitutes a usually ill-characterized object, was studied as well.Additionnally, a defect appearing as a depression in the nanorippled structure of graphene on strongly interacting metals such as Re(0001) and Ru(0001) was investigated and ascribed to stacking faults either in graphene or in the metal substrate.Using superconducting graphene grown on Re(0001) as a starting point for the fabrication of the targeted graphene-based system, we recovered the quasi free-standing character of graphene (lost due to its strong interaction with the rhenium substrate) via intercalation of sub-monolayer to few layers of gold atoms. A high density of defects observed in gold-intercalated graphene on Re(0001) was attributed to the intercalation process itself. Besides, we demonstrated that the rhenium-induced superconducting character in graphene was not affected by gold intercalation. At this point, two of the three requirements for realizing the targeted graphene-based system were fulfilled.Provided that we bring magnetic impurities in close proximity to such a sample, few-nanometers extended YSR states could be observed. Preliminary results involving two original magnetic verdazyl compounds were presented, one of which was deposited on a model system, namely Cu(111). Before turning to quasi-free standing superconducting graphene as a hosting material for these magnetic compounds, further investigations on model systems are needed. Indeed, we could not resolve the precise structure of the molecular assemblies covering the Cu(111) surface yet, and the thermal stability of the compounds was discussed.; La réalisation de structures hybrides à base de graphène, dans lesquelles le graphène est associé à d'autres matériaux, constitue une piste prometteuse pour l'étude de nombreux phénomènes. En particulier, il est possible de cette façon d'induire des propriétés dans le graphène via des effets de proximité. Ici, le système cible que nous avons considéré consiste en une plateforme de graphène quasi-flottant, au caractère supraconducteur induit, et qui est placée à proximité d'impuretés magnétiques. A la lecture d'articles théoriques parus récemment, il semble qu'un tel échantillon pourrait présenter des états de Yu-Shiba-Rusinov (YSR) non conventionnels.Bien que le système cible n'ait pas encore été fabriqué, les trois ingrédients nécessaires à sa réalisation (graphène quasi-flottant, caractère supraconducteur induit et proximité à des impuretés magnétiques) ont été abordés, et ce à l'aide d'outils de la science des surfaces.Comme cela a pu être démontré précédemment, le graphène peut être rendu supraconducteur lorsqu'il est crû directement sur un matériau supraconducteur tel que le rhénium. Des aspects structuraux liés au graphène crû sur Re(0001) ont été explorés. En particulier, nous avons montré qu'augmenter le nombre de cycles de recuit contribue positivement à la croissance de domaines de graphène étendus et de bonne qualité. La structure d'un carbure de surface du rhénium, habituellement mal comprise, a également fait l'objet d'une étude.De plus, nous avons examiné un défaut présent dans le graphène crû sur des métaux interagissant fortement, tels que le Re(0001) et le Ru(0001). Dans la structure ondulée à l'échelle nanométrique du graphène, ce défaut apparaît sous la forme d'une dépression. Sa présence a été attribuée à des défauts d'empilement se trouvant soit dans le graphène, soit dans le substrat métallique.En prenant le graphène supraconducteur crû sur Re(0001) comme point de départ pour la fabrication de notre système cible, nous avons recouvré le caractère quasi-flottant du graphène (perdu à cause de sa forte interaction avec le substrat de rhénium) via l'intercalation d'une sub-monocouche ou de quelques couches d'atomes d'or. La présence d'une forte densité de défauts, observée dans le graphène sur Re(0001) intercalé à l'or, a été attribuée au processus d'intercalation lui-même. Par ailleurs, nous avons démontré que le caractère supraconducteur du graphène, induit par le rhénium, n'est pas affecté par l'intercalation d'or. A ce stade, deux des trois conditions prévues pour la réalisation du système cible étaient remplies.A condition d'amener des impuretés magnétiques à proximité immédiate d'un tel échantillon, des états de YSR étendus sur plusieurs nanomètres devraient être observables. Des résultats préliminaires impliquant deux composés magnétiques de type verdazyl ont été présentés. L'un de ces deux composés fut déposé sur un système modèle : le Cu(111). Avant de considérer l'usage du graphène quasi-flottant et supraconducteur comme substrat-hôte de ces composés magnétiques, des études complémentaires sur des systèmes modèles sont nécessaires. Et pour cause, nous n'avons pas encore réussi à résoudre la structure exacte des assemblées moléculaires observées sur la surface de Cu(111) ; la stabilité thermique de ces composés a été mise en cause.

Les propriétés électriques des semiconducteurs sont fortement influencées par le type de dopants et défauts insérés ou formés lors de leur synthèse. Dans le domaine du photovoltaïque, ces défauts vont fortement dégrader l’efficacité et la durabilité des cellules solaires. Dans ce contexte, les méthodes de simulation ab-initio, Hartree-Fock (HF) ou la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), sont pertinentes pour une compréhension de ces différents effets nécessaire à l’optimisation des matériaux. Cependant, l’obtention d’une bonne description des propriétés requiert l’utilisation d’approches sophistiquées, comme GW, coûteuses en temps de calcul. Ainsi, les approches pragmatiques basées sur les fonctionnelles hybrides, combinant HF et DFT, représentent une alternative intéressante. Dans un premier temps, des fonctionnelles hybrides ont été optimisées afin d’avoir une bonne description de l’énergie de bande interdite pour différents composés : Si, Ge, SiGe, les III-V et les chalcopyrites (CIGS). Les résultats obtenus avec cette approche semi-empirique ont été confrontés à ceux de la littérature et notamment à ceux obtenus au niveau GW. La description des propriétés électroniques est similaire à celle obtenue au niveau GW. L’évolution en température de différentes données thermodynamiques a aussi été abordée via l’approximation quasi-harmonique Pour celles-ci et les matériaux étudiés, les approches hybrides n’apportent pas d’amélioration par rapport aux fonctionnelles existante mais permettent une description cohérente des matériaux. Dans un second temps, ces fonctionnelles ont été utilisées pour réaliser une étude systématique de l’impact de la composition chimique sur les propriétés des CIGS pour des cellules solaires de type tandem. Tout d’abord, elles ont permis de déterminer les compositions, propriétés structurales et électroniques des CuGaxIn1-x(SySe1-y)2 avec des gaps donnés pour ce type d’application. Ensuite, l’effet de l’insertion des alcalins dans les CIGS a été abordé. L’accent a été porté sur la substitution du Cu par le Li, Na, K, Rb et Cs. Leur impact sur le gap a été interprété en terme d’évolution structurale et stabilité thermodynamique de différentes phases cristallines pouvant exister dans le matériau. Enfin, les défauts ponctuels de H, Fe et B dans le silicium ont été modélisés pour une étude concernant la dégradation induite par la lumière à haute température, un des mécanismes de vieillissement des cellules à base de silicium.; Electrical properties of semiconductors are strongly influenced by the types of dopants and defects inserted or formed during the synthesis of materials. In the field of photovoltaics, these defects leads to various metastabilities and can degrade the efficiency and durability of solar cells. In this context, ab-initio simulation methods, such as Hartree-Fock (HF) or the one implemented in the framework of density functional theory (DFT), are relevant to understand these behaviours and thus optimise the photovoltaic materials. However, a good qualitative and quantitative description of properties requires sophisticated but time consuming method like GW. An interesting alternative can be provided by hybrid functionals, which combine HF and DFT. Firstly, hybrid functionals were optimised in order to accurately described the band gap for different compounds by varying the percentage of HF exact-exchange in the exchange term of the PBE and PBEsol functionals from the GGA approximation of DFT. The materials investigated were Si, Ge, SiGe, III-V and chalcopyrites. Results obtained by this approach were confronted to the one from the literature. The description of the electronic properties matched the one from GW. Temperature evolution of various thermodynamic properties was calculated via the quasi-harmonic approximation. In this approximation and for the range of studied materials, optimised hybrid functionals do not bring an enhancement compared to existing functionals. Nevertheless, they bring a coherent description of the materials. Secondly, these optimised hybrid functionals were used to systematically describe the impact of chemical composition on chalcopyrite’s properties for tandem solar cells. First, they enable the determination the compositions, structural and electrical properties of CuGaxIn1-x(SySe1-y)2 for band gap specific to this kind of application. As alkali metals leads to major enhancement of chalcopyrite efficiency, the effect of their incorporation in chalcopyrite bulk was address. Highlight was put on the substitution of copper by Li, Na, K, Rb and Cs. Their impact on the band gap was interpreted via the structural evolution and the thermodynamique stability of the different crystallines phases that can exists within the material. Finally, H, Fe and B point defects in silicon were simulated for a preliminary study on the light and elevated temperature induced degradation which is one of the ageing process of the silicon solar cells.

Les propriétés électriques des semiconducteurs sont fortement influencées par le type de dopants et défauts insérés ou formés lors de leur synthèse. Dans le domaine du photovoltaïque, ces défauts vont fortement dégrader l’efficacité et la durabilité des cellules solaires. Dans ce contexte, les méthodes de simulation ab-initio, Hartree-Fock (HF) ou la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), sont pertinentes pour une compréhension de ces différents effets nécessaire à l’optimisation des matériaux. Cependant, l’obtention d’une bonne description des propriétés requiert l’utilisation d’approches sophistiquées, comme GW, coûteuses en temps de calcul. Ainsi, les approches pragmatiques basées sur les fonctionnelles hybrides, combinant HF et DFT, représentent une alternative intéressante. Dans un premier temps, des fonctionnelles hybrides ont été optimisées afin d’avoir une bonne description de l’énergie de bande interdite pour différents composés : Si, Ge, SiGe, les III-V et les chalcopyrites (CIGS). Les résultats obtenus avec cette approche semi-empirique ont été confrontés à ceux de la littérature et notamment à ceux obtenus au niveau GW. La description des propriétés électroniques est similaire à celle obtenue au niveau GW. L’évolution en température de différentes données thermodynamiques a aussi été abordée via l’approximation quasi-harmonique Pour celles-ci et les matériaux étudiés, les approches hybrides n’apportent pas d’amélioration par rapport aux fonctionnelles existante mais permettent une description cohérente des matériaux. Dans un second temps, ces fonctionnelles ont été utilisées pour réaliser une étude systématique de l’impact de la composition chimique sur les propriétés des CIGS pour des cellules solaires de type tandem. Tout d’abord, elles ont permis de déterminer les compositions, propriétés structurales et électroniques des CuGaxIn1-x(SySe1-y)2 avec des gaps donnés pour ce type d’application. Ensuite, l’effet de l’insertion des alcalins dans les CIGS a été abordé. L’accent a été porté sur la substitution du Cu par le Li, Na, K, Rb et Cs. Leur impact sur le gap a été interprété en terme d’évolution structurale et stabilité thermodynamique de différentes phases cristallines pouvant exister dans le matériau. Enfin, les défauts ponctuels de H, Fe et B dans le silicium ont été modélisés pour une étude concernant la dégradation induite par la lumière à haute température, un des mécanismes de vieillissement des cellules à base de silicium., Electrical properties of semiconductors are strongly influenced by the types of dopants and defects inserted or formed during the synthesis of materials. In the field of photovoltaics, these defects leads to various metastabilities and can degrade the efficiency and durability of solar cells. In this context, ab-initio simulation methods, such as Hartree-Fock (HF) or the one implemented in the framework of density functional theory (DFT), are relevant to understand these behaviours and thus optimise the photovoltaic materials. However, a good qualitative and quantitative description of properties requires sophisticated but time consuming method like GW. An interesting alternative can be provided by hybrid functionals, which combine HF and DFT. Firstly, hybrid functionals were optimised in order to accurately described the band gap for different compounds by varying the percentage of HF exact-exchange in the exchange term of the PBE and PBEsol functionals from the GGA approximation of DFT. The materials investigated were Si, Ge, SiGe, III-V and chalcopyrites. Results obtained by this approach were confronted to the one from the literature. The description of the electronic properties matched the one from GW. Temperature evolution of various thermodynamic properties was calculated via the quasi-harmonic approximation. In this approximation and for the range of studied materials, optimised hybrid functionals do not bring an enhancement compared to existing functionals. Nevertheless, they bring a coherent description of the materials. Secondly, these optimised hybrid functionals were used to systematically describe the impact of chemical composition on chalcopyrite’s properties for tandem solar cells. First, they enable the determination the compositions, structural and electrical properties of CuGaxIn1-x(SySe1-y)2 for band gap specific to this kind of application. As alkali metals leads to major enhancement of chalcopyrite efficiency, the effect of their incorporation in chalcopyrite bulk was address. Highlight was put on the substitution of copper by Li, Na, K, Rb and Cs. Their impact on the band gap was interpreted via the structural evolution and the thermodynamique stability of the different crystallines phases that can exists within the material. Finally, H, Fe and B point defects in silicon were simulated for a preliminary study on the light and elevated temperature induced degradation which is one of the ageing process of the silicon solar cells.

AM (Additive Manufacturing) is a manufacturing process that makes possible, by adding layer-by-layer material, to create three-dimensional parts. This technology has many interests as it allows complex shapes or structures integration, waste reduction, on-demand fabrication and reduced conception time. During this thesis, we tried to determine remarkable orientations of parts in order to manufacture them by AM process. Considering the large number of effects related to part orientation, we chose a multi-criteria approach taking into account the surface quality of the parts, the volume of support, the manufacturing time and cost. In order to have a good surface quality on functional faces of the part and to limit the post-treatment, a precise orientation has been defined. This methodology was developed in the structure of the Taal project, a research and development project precursor of Coretechnologie's 4D-Additive software. On this last, in addition to this methodology, many functions have been developed to prepare the manufacture of a part by an additive process. The orientation of a part in AM is a step that can’t be overlooked. It may make it possible to find a compromise between the specificities related to the AM processes or generate a high manufacturing cost and a poor surface quality of the part. Evolutions of the method are possible as a mechanical study of the part in the different orientations tested because many questions arise on the strength of the printed parts., La FA (Fabrication Additive) est un procédé de fabrication qui rend possible, en ajoutant de la matière couche après couche, la création de pièces en trois dimensions. Cette technologie a de nombreux intérêts car elle permet l’intégration de formes ou de structures complexes, la réduction des déchets, la fabrication sur demande et la réduction du temps de conception. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à déterminer des orientations remarquables de pièces afin de les fabriquer par des procédés de FA. Au vu du grand nombre d’effets liés à l’orientation d’une pièce, nous avons choisi une approche multicritères prenant en compte la qualité de surface des pièces, le volume de support, le temps et le coût de fabrication. Afin d’avoir une bonne qualité de surface sur les faces fonctionnelles de la pièce et pour limiter le post-traitement, une orientation précise a été définie pour chacune d’elle. Cette méthodologie a été développée dans le cadre du projet Taal, projet de recherche et développement précurseur du logiciel 4D-Additive de Coretechnologie. Sur ce dernier, en plus de cette méthodologie, de nombreuses fonctions ont été développées pour préparer la fabrication d’une pièce par un procédé additif. L’orientation d’une pièce en FA est une étape à ne surtout pas négliger. Elle pourra permettre de trouver un compromis entre les spécificités liées aux procédés de FA ou entrainer un coût important de fabrication et une qualité de surface de la pièce médiocre. Des évolutions de la méthode sont possibles comme une étude mécanique de la pièce dans les différentes orientations testées car de nombreuses questions se posent sur la résistance des pièces imprimées.

In the field of crystallization of single crystal fibers by micro-pulling down (µ-PD) technique, the recent results on the performance of single crystal fibers (optical, laser, scintillator) have shown the wide range of applications open to crystalline fibers. The race for crystal growth, the manufacture of high-performance crystal fibres and process control are research challenges in a large number of laboratories around the world. Cerium-doped monocrystalline sapphire and YAG fibres (Ce3+) are high value-added formats. They are likely to be used in a wide range of applications, hence the need to control and master manufacturing technology. Depending on the growth conditions (temperature gradient, crystallographic orientations of the germs, growth speeds), we were interested in studying the bubbles and residual stresses in the sapphire pulled by µ-PD. The segregation of Cerium and the propagation of light as well as the attenuation in YAG-doped Cerium fibres (Ce3+) were studied as a function of growth speeds. We have studied all these phenomena and the mechanisms involved. The variation in the growth rate is correlated with the distribution of bubbles, the segregation of Ce and the attenuation. Through this work, it can be said that the phenomena at the origin of the presence, distribution of bubbles in sapphire fibres and the segregation of Cerium in the YAG have been significantly clarified and that, from these results, improvements can be made to the technological processes of pulling by µ-PD; Dans le domaine de la cristallisation des fibres monocristallines par la technique de la micro-pulling down (µ-PD), les résultats récents sur les performances des fibres monocristallines (optique, laser, scintillateur) ont montré l’étendue des champs d’applications ouverts aux fibres cristallines. La course à la croissance cristalline, la fabrication de fibres cristallines performantes et la maitrise des procédés sont des enjeux de recherche dans un nombre important de laboratoires à travers le monde. Les fibres monocristallines de saphir et du YAG dopées Cérium (Ce3+) sont des formats à forte valeur ajoutée. Elles sont susceptibles d’être utilisées dans un large domaine d’applications, d’où la nécessité de contrôler et de maitriser la technologie de fabrication. En fonction des conditions de tirage (gradient de température, orientations cristallographiques des germes, vitesses de tirage), nous nous sommes intéressés à l’étude des bulles et des contraintes résiduelles dans le saphir tiré par µ-PD. La ségrégation du Cérium et la propagation de la lumière ainsi que l’atténuation dans les fibres YAG-dopées Cérium (Ce3+) ont été étudiées en fonction des vitesses de tirage. Nous avons étudié tous ces phénomènes ainsi que les mécanismes mis en jeu. La variation de la vitesse de tirage est en corrélation avec la distribution des bulles, la ségrégation du Ce et l’atténuation. A travers ce travail, on est en mesure de dire que les phénomènes à l’origine de la présence, de la répartition des bulles dans les fibres saphir et la ségrégation du Cérium dans le YAG ont été significativement éclaircis et que, à partir de ces résultats, des améliorations peuvent être apportées aux procédés technologiques de tirage par µ-PD

In the field of crystallization of single crystal fibers by micro-pulling down (µ-PD) technique, the recent results on the performance of single crystal fibers (optical, laser, scintillator) have shown the wide range of applications open to crystalline fibers. The race for crystal growth, the manufacture of high-performance crystal fibres and process control are research challenges in a large number of laboratories around the world. Cerium-doped monocrystalline sapphire and YAG fibres (Ce3+) are high value-added formats. They are likely to be used in a wide range of applications, hence the need to control and master manufacturing technology. Depending on the growth conditions (temperature gradient, crystallographic orientations of the germs, growth speeds), we were interested in studying the bubbles and residual stresses in the sapphire pulled by µ-PD. The segregation of Cerium and the propagation of light as well as the attenuation in YAG-doped Cerium fibres (Ce3+) were studied as a function of growth speeds. We have studied all these phenomena and the mechanisms involved. The variation in the growth rate is correlated with the distribution of bubbles, the segregation of Ce and the attenuation. Through this work, it can be said that the phenomena at the origin of the presence, distribution of bubbles in sapphire fibres and the segregation of Cerium in the YAG have been significantly clarified and that, from these results, improvements can be made to the technological processes of pulling by µ-PD, Dans le domaine de la cristallisation des fibres monocristallines par la technique de la micro-pulling down (µ-PD), les résultats récents sur les performances des fibres monocristallines (optique, laser, scintillateur) ont montré l’étendue des champs d’applications ouverts aux fibres cristallines. La course à la croissance cristalline, la fabrication de fibres cristallines performantes et la maitrise des procédés sont des enjeux de recherche dans un nombre important de laboratoires à travers le monde. Les fibres monocristallines de saphir et du YAG dopées Cérium (Ce3+) sont des formats à forte valeur ajoutée. Elles sont susceptibles d’être utilisées dans un large domaine d’applications, d’où la nécessité de contrôler et de maitriser la technologie de fabrication. En fonction des conditions de tirage (gradient de température, orientations cristallographiques des germes, vitesses de tirage), nous nous sommes intéressés à l’étude des bulles et des contraintes résiduelles dans le saphir tiré par µ-PD. La ségrégation du Cérium et la propagation de la lumière ainsi que l’atténuation dans les fibres YAG-dopées Cérium (Ce3+) ont été étudiées en fonction des vitesses de tirage. Nous avons étudié tous ces phénomènes ainsi que les mécanismes mis en jeu. La variation de la vitesse de tirage est en corrélation avec la distribution des bulles, la ségrégation du Ce et l’atténuation. A travers ce travail, on est en mesure de dire que les phénomènes à l’origine de la présence, de la répartition des bulles dans les fibres saphir et la ségrégation du Cérium dans le YAG ont été significativement éclaircis et que, à partir de ces résultats, des améliorations peuvent être apportées aux procédés technologiques de tirage par µ-PD

Defects can be formed during assembly processes such as welding and additive manufacturing. Current non-destructive inspection techniques are able to detect these voids in a mass production context. Thus there is a critical need of methods able to assess the harmfullness of these defects. These methods must be reliable to derive acceptation criteria. Their application in a industrial context requires efficiency to give an answer in a short time. This work aims at proposing an innovative design methodology that takes these defects into account. This work focuses on a particular welded joint : two titanium alloy parts are assembled by means of a pulsed laser. Three main topics are adressed. First, the cyclic behavior of the fusion zone is studied and modeled. X-Ray tomography is used to characterize the defects formed by the process. Their morphology is studied and a library of defects is built. The spatial distribution of the defects is closely linked to the welding process. A quantitative analysis provides a model able to generate realistic defect populations. To decrease the computational cost of numerical simulations of structures with defects, a model order reduction technique is proposed. It relies on the hyper-reduction method. A multi-scale reduced order basis building enables the use of data coming from tomographic analysis. Moreover, the offline phase cost is decreased.; Certains procédés de fabrication tels que le soudage ou la fabrication additive génèrent des défauts qui peuvent maintenant être détectés en cours de production par des moyens de contrôle non destructif. Afin de ne pas rebuter des pièces présentant des défauts non critiques, il est indispensable de développer des méthodes de dimensionnement les prenant en compte. Elles doivent apporter des réponses quantitatives pour mener à la définition de critères d’acceptation de défauts. De plus, afin d'être utilisables dans un contexte industriel, leur application doit être efficace. L’objectif de la thèse est donc de proposer une méthodologie innovante de dimensionnement de structures avec des défauts. Le travail de thèse se concentre sur une soudure de pièces en alliage de titane obtenue par laser pulsé. Elle se découpe selon 3 axes d'étude. Dans un premier temps, le comportement mécanique cyclique de la soudure est modélisé. Plusieurs lois de comportement sont identifiées et utilisées pour décrire les différentes microstructures observées dans le joint soudé. Ensuite, les populations de défauts engendrées par le procédé sont caractérisées par tomographie aux rayons X. La morphologie des défauts est analysée et une bibliothèque de défauts est mise en place. La répartition spatiale des défauts est étudiée et rapprochée des mécanismes de formation de ces derniers. Grâce à la grande quantité de données acquises, un modèle de génération de populations réaliste est proposé et calibré. Enfin, dans le but de diminuer la complexité numérique des simulations, une approche basée sur la méthode d'hyper-réduction de modèles est proposée. Une méthode de construction de la base d'ordre réduit à deux échelles permet de prendre en compte les données directement issues des contrôles.

In a context of global ecological concerns, renewable solar energies are an attractive and promising solution. Technologies to exploit this energy are in constant progress, particularly since two decades. However, there is still way to go for this clean energy to be competitive with fossils fuels. New absorbers are required, especially for developing flexibles thin-films solar cells. This thesis is dedicated to the study and rationalization of defects within the promising Sb₂Se₃-based materials for photovoltaic absorption. Theoretical study, via density functional theory, has been performed to improve the understanding of the material. Indeed, Sb₂Se₃ shows a low p-type conductivity and it can be doped to obtain a n-type semiconductor. The doping mechanism should be better understood for a better control. The Sb₂Se₃ intrinsic defects have been studied in detail. Experimentally measured conductivity arises from the addition of all defects. It has been demonstrated that selenium substituted by antimony will lead to an electron-donor material. The results indicate that the most favorable crystallographic site for creating defects is at the end of the (Se₄Seb₆)n ribbon, with the lowest coordination. On the other hand, extrinsic doping has also being considered for achieving electron donor or acceptor semiconductor, in order to have design a homo-junction. Simulation and experimental results show that Tin doping for p-type semiconductor, chloride or bromide doping e for n-type semiconductor, can increase greatly the charge carriers' mobility and concentration., Dans un contexte de problème écologiques, les énergies renouvelables tirées de la lumière du soleil sont une solution attractive et prometteuse. Les technologies pour exploiter cette énergie sont en constantes progression notamment depuis deux décennies. Il reste cependant encore du chemin à parcourir pour concurrencer les énergies fossiles. De nouveaux absorbeurs sont nécessaires, particulièrement pour développer des cellules solaires flexibles en couches minces. Cette thèse est consacrée à l'étude et la rationalisation des défauts au sein de semi-conducteurs absorbeurs à base de Sb₂Se₃. L'étude théorique, via la théorie de la fonctionnelle de la densité, vise à améliorer la compréhension du matériau. En effet, si Sb₂Se₃ présente une faible conductivité de type p, il est peut-être dopé pour obtenir un type n. Ce dopage mérite d'être mieux compris pour être mieux maîtrisé. Les travaux de recherches présentés dans ce manuscrit se concentrent sur l'étude des défauts intrinsèques probables dans Sb₂Se₃. La conductivité mesurée expérimentalement découle de l'addition de tous les défauts. La substitution d'un sélénium par un antimoine explique le caractère accepteur du matériau. Il a démontré que le site cristallographique le plus favorable à la formation de défauts est celui de moindre coordinence, présents en bout du ruban (Sb₄Se₆)n. D'un autre coté, le dopage extrinsèque est envisagé pour accéder à un semi-conducteur accepteur ou donneur avec l'objectif de former une homo- jonction. L'étain en tant que dopant accepteur et le chlore ou le brome en tant que donneur se substituent favorablement à l'antimoine et au sélénium en augmentant la mobilité de trous ou d'électrons respectivement.

International audience; In this research work, we focus on the prediction of the buckling defect (flexion of flat tows) during technical fabric forming.The critical curvature radius has been determined experimentally and analytically using a Rayleigh-Ritz approach whichhad been previously used to describe the buckling observed in the ATP (Automated Tape Placement) process. Finally, thecritical buckling radius, experimentally or analytically determined is exploited numerically. A comparison is done betweenthe material critical buckling radius and the one simulated during the shape forming of a woven reinforced complexcomposite part. To do so, an Isogeometrical approach was developed which allows naturally accessing the local curvatureof each fibrous network.; Nous nous intéressons dans ce travail de recherche à la prédiction du défaut de boucle (flambement de flexion d’une mèche plate) lors d’une mise en forme de textile technique. Pour ce faire, une approche couplée a été mise en œuvre, basée sur des mesures expérimentales du rayon de courbure critique, rayon à partir duquel le défaut apparaît; ce rayon a également été évalué analytiquement grâce à la méthode de Rayleigh-Ritzqui avait déjà été utilisée pour décrire le flambement observé lors de la dépose de bandes dans le cadre du procédé ATP (Automated Tape Placement). Enfin, le rayon critique,déterminé expérimentalement ou analytiquement, est exploité numériquement par comparaison avec le rayon de courbure simulé lors de la mise en forme d’une pièce composite complexe à renfort tissé. Pour ce faire, une approche Isogéométrique a été développée et permet d’accéder naturellement aux courbures locales dans chacun des réseaux.

This work is primarily focused on application of standard first-principle compu-tational approaches to model oxygen excess related point defects in amorphoussilica. Atomic models with their respective electronic and optical properties areexplored together with some conversion mechanisms between defect models.The first chapter overviews extensive literature about the already knownproperties of oxygen related defects. Second chapter briefly introduces mainmethods that have been used in this research, in particular Density FunctionalTheory (DFT) as energy and force engine with short description of minimalenergy path (MEP) algorithm used for modeling chemical/migration reactions,GW approximation for charged electronic excitations (band structure) andBethe-Salpeter Equation (BSE) for neutral excitations (optical absorption andexcitonic structure including electron hole interaction).The third chapter is devoted to the presentation of results. Thanks to thecalculation of optical properties of peroxy bridge (POL), a correlation has beenfound between structural disorder, specifically dihedral angle dispersion, andlow coupling with light, which has been identified as main reason why no clearabsorption bands have been assigned to the POL. Structure and stability ofsome other defects, like interstitial ozone molecule (ozonyl) and dioxasilirane(silicon analogy of dioxirane), have been studied. These defects are usuallynot considered as most important species, however their calculated formationenergies are lower compared to some known defects, which indicates theymight be present in silica.From a detailed study on possible reaction mechanisms, it has been foundthat ozonyl might be one of the most important intermediate steps for oxygenexchange reactions. Results also show that dioxasilirane can be spontaneouslycreated during the interaction of oxygen with lone pair defects. By exploringdifferent reactions between oxygen and pre-existing oxygen deficiency centers(ODCs), calculations predict two kinds of passivation behaviors: single-barrierreversible mechanisms with the formation of dioxasilirane-like groups, forwhich the network keeps the memory of the precursory lone pair defects, andsingle or multiple-barrier mechanisms, for which the network loses its memory,either because of the high reverse barrier or because of a reconstruction.Final part of this research has been devoted to experimental characterizationof the response and tolerance of optical fibers loaded with oxygen under irra-diation. These include experiments on commercial fiber along with canonicalsamples (Optical fibers developed with the intention of studying correlationsbetween different fabrication parameters, dopant/impurity concentration andiidoping concentrations). Studied fibers also include rare-earth doped fibers., Ce travail de thèse est principalement dédié à l’application de méthodes computationnelles ab-initio pour la modélisation des défauts ponctuels liés à l’excès d’oxygène dans la silice amorphe. Différents modèles atomiques de défauts, leurs correspondantes propriétés électroniques et optiques ainsi que quelques mécanismes de conversions y sont présentés et discutés.Le premier chapitre offre un résumé des travaux précédents sur les propriétés connues des défauts lies à l’excès d’oxygène. Le deuxième chapitre introduit brièvement les approches principales qui ont été utilisées pour ce travail de recherche, en particulier, la Théorie de la Fonctionnelle Densité (DFT) ainsi que l’algorithme de recherche du chemin d’énergie minimale (MEP), l’Approximation GW qui permet d’obtenir les énergies d’excitation chargées(structure de bande) et l’équation Bethe-Salpeter pour les excitations neutres (absorption optique et excitons en incluant l’interaction électron-trou). Le troisième chapitre est dédié à la présentation des résultats. Grace aux calculs de propriétés optiques des Pont Peroxy (POL), une corrélation a été trouvé entre le désordres structurel, concrètement l’angle dihedral, et le faible couplage avec la lumière.Ce faible couplage est la raison principale qui empêche d’associer des bandes d’absorption optiques claires au POL. La structure et stabilité d’autres défauts comme la molécule interstitielle d’ozone et le dioxasilarene (l’analogue silicium du dioxirane) ont aussi été étudiés. Ces défauts sont rarement considérés, cependant, leurs énergies de formation sont plus basses que celle d’autres défauts plus connus, ce qui indique qu’ils pourraient être présent dans la silice. A partir d’une étude détaillée sur les possibles mécanismes de réaction, il a été trouvé que le pont ozonil pourrait être l’un des plus important intermédiaire dans l’exchange d’oxygène avec le réseau. Les résultats montrent aussi que le dioxasialrene pourrait être formé spontanément comme réaction de l’oxygène avec les lone pairs des Si-ODC(II) et GLPC. Les mécanismes de passivation additionnels entre l’oxygène et les ODC peuvent présenter une barrière unique et être réversibles avec la formation de groupes de type dioxasilarene, pour lesquels le réseau conserve la mémoire de l’ODC précurseur, ou à barrière simple ou multiple mais pour lesquels le réseau perd la mémoire (du fait de barrière inverse trop haute ou du faite de la présence d’une reconstruction). La partie finale de ce travail est dédiée à la caractérisation expérimentale de la réponse et de la tolérance de fibres optiques chargées avec de l’oxygène et sous irradiation. Ceci inclus aussi des fibres dopées avec des terres rares.

The micro-electronic domain is constantly evolving in response to the continuous emerging of new application fields as well as new users' needs. The fabrication of heavily-doped regions for ultra-shallow junctions is a major issue to ensure its evolution. In this context, new doping techniques allowing to obtain ultra-shallow junctions have been developed. Nanosecond laser annealing in "melt mode" is one of these techniques. Indeed, it allows a very strong local activation (on surface and in depth) and a uniform distribution of doping. This process used in laboratory since the 1980s for the realization of solar cells offers also new technological possibilities such as the development of 3D architectures. However, degradation of several parameters sensitive to laser-induced defects were observed, such as carrier mobility and reverse current in MOS transistors or carrier lifetime in the case of photovoltaic cells. In this context, this thesis proposes a rigorous study of the defects generated by laser annealing in two parts. The first part analyses the impact of the laser annealing on the physical properties, thanks to infrared and photoluminescence spectroscopy characterizations of bare silicon samples submitted to different annealing conditions. The study highlights the formation of defects following the laser process. Their identification allowed to confirm the introduction of oxygen and carbon impurities during the annealing. From this identification, the impurities were followed in depth by secondary ion mass spectrometry allowing to reveal an increase of their concentration and diffusivity when increasing the laser energy density and/or the number of laser pulses. At high energy, the oxygen concentration profiles show the presence of an immobile peak (in agreement with the known solubility limit value in liquid silicon) which are related to silicon cavities observed by transmission electron microscopy. The origin of these impurities is also discussed and the characterization of dedicated test vehicles allowed to identify the native oxide as the source of the impurities. The objective of second part is to evaluate the impact of laser annealing on the electrical properties of silicon devices thanks to the characterization of PN and Schottky diodes. The obtained results provide an additional mean to localize the electrically active defects but also to identify them. The current-voltage characteristics of diodes systematically show an impact of the annealing on the leakage current, which is a strongly defect-sensitive parameter. More specifically, the leakage current deteriorates with increasing the laser energy. These measurements have allowed also to highlight the presence of defects at the liquid/solid interface, defects which also have a strong impact on diodes electric properties. The results are in agreement with the literature which suggests the presence of vacancies at the interface. To go further on this study, DLTS measurements have been carried out and reveal, depending on their localization (melt zone or liquid/solid interface), singular signatures suggesting several types of defects., La micro-électronique est un domaine exigeant, en constante évolution, motivé par le secteur applicatif et les besoins des utilisateurs. La réalisation de jonctions ultra-minces et fortement dopées est un enjeu majeur pour la poursuite de son évolution, et notamment pour son composant de base, le transistor MOS. Dans ce contexte, de nouvelles techniques de dopage permettant d'obtenir des jonctions ultra-minces ont été développées. Le recuit par laser nanoseconde (LTA) en mode " melt " est une de ces techniques. En effet, il permet une très forte activation locale (en surface et en profondeur) et une distribution uniforme des dopants. Ce procédé utilisé en laboratoire depuis les années 1980 dans la fabrication des cellules solaires offre également de nouvelles possibilités technologiques comme le développement d'architectures 3D. Néanmoins, des dégradations électriques de paramètres sensibles aux défauts tels que la mobilité et le courant inverse d'un transistor MOS ou la durée de vie des porteurs dans le cas de cellule photovoltaïque ont été observées. Dans ce contexte, cette thèse propose une étude rigoureuse des défauts générés par recuit laser en deux volets. Le premier volet traite de l'impact du recuit laser sur les propriétés physiques du silicium et repose essentiellement sur des caractérisations approfondies par spectroscopie infrarouge et photoluminescence d'échantillons silicium non intentionnellement dopés soumis à diverses conditions de recuits par impulsions laser à excimère. L'étude met en évidence la formation de défauts suite au procédé de recuit laser. Leur identification a permis d'affirmer l'introduction d'impuretés d'oxygène et de carbone durant le recuit. A partir de cette identification, le suivi en profondeur par spectroscopie de masse à ionisation secondaire de chacune des impuretés a été effectué révélant une augmentation de la concentration et de la diffusion des impuretés avec l'augmentation de la densité d'énergie du laser et/ou du nombre de tirs. A haute énergie laser, les profils de concentration d'oxygène montrent la présence d'un pic immobile (en concordance avec la solubilité limite de l'oxygène dans le silicium liquide) associé à des cavités de silicium observées par microscopie électronique en transmission (MET). L'origine de ces impuretés est discutée ; la caractérisation de véhicules tests dédiés a permis de définir l'oxyde natif comme étant leurs sources. Le second volet permet de répondre au second objectif qui consiste à évaluer l'impact du recuit laser sur les propriétés électriques de composants à base de silicium et s'appuie sur la caractérisation de diodes Schottky et PN préalablement fabriquées. Les résultats obtenus constituent un moyen supplémentaire pour, non seulement localiser les défauts électriquement actifs, mais également les identifier. Les caractéristiques courant-tension des diodes montrent systématiquement l'impact du recuit sur le courant de fuite, paramètre sensible aux défauts. Plus spécifiquement, le courant de fuite se dégrade avec l'augmentation de la densité d'énergie. Ces mesures électriques ont permis également de mettre en évidence la présence de défauts localisés à l'interface liquide/solide, défauts ayant un fort impact sur les propriétés électriques des diodes. Les résultats sont en accord avec la littérature qui suggère la présence de lacunes à cette interface. Pour aller plus loin, des mesures de DLTS ont été effectuées et dévoilent, selon la localisation (zone fondue ou interface), des signatures singulières laissant présager plusieurs types de défauts.

National audience; The micro-electronic domain is constantly evolving in response to the continuous emerging of new application fields as well as new users' needs. The fabrication of heavily-doped regions for ultra-shallow junctions is a major issue to ensure its evolution. In this context, new doping techniques allowing to obtain ultra-shallow junctions have been developed. Nanosecond laser annealing in "melt mode" is one of these techniques. Indeed, it allows a very strong local activation (on surface and in depth) and a uniform distribution of doping. This process used in laboratory since the 1980s for the realization of solar cells offers also new technological possibilities such as the development of 3D architectures. However, degradation of several parameters sensitive to laser-induced defects were observed, such as carrier mobility and reverse current in MOS transistors or carrier lifetime in the case of photovoltaic cells. In this context, this thesis proposes a rigorous study of the defects generated by laser annealing in two parts. The first part analyses the impact of the laser annealing on the physical properties, thanks to infrared and photoluminescence spectroscopy characterizations of bare silicon samples submitted to different annealing conditions. The study highlights the formation of defects following the laser process. Their identification allowed to confirm the introduction of oxygen and carbon impurities during the annealing. From this identification, the impurities were followed in depth by secondary ion mass spectrometry allowing to reveal an increase of their concentration and diffusivity when increasing the laser energy density and/or the number of laser pulses. At high energy, the oxygen concentration profiles show the presence of an immobile peak (in agreement with the known solubility limit value in liquid silicon) which are related to silicon cavities observed by transmission electron microscopy. The origin of these impurities is also discussed and the characterization of dedicated test vehicles allowed to identify the native oxide as the source of the impurities. The objective of second part is to evaluate the impact of laser annealing on the electrical properties of silicon devices thanks to the characterization of PN and Schottky diodes. The obtained results provide an additional mean to localize the electrically active defects but also to identify them. The current-voltage characteristics of diodes systematically show an impact of the annealing on the leakage current, which is a strongly defect-sensitive parameter. More specifically, the leakage current deteriorates with increasing the laser energy. These measurements have allowed also to highlight the presence of defects at the liquid/solid interface, defects which also have a strong impact on diodes electric properties. The results are in agreement with the literature which suggests the presence of vacancies at the interface. To go further on this study, DLTS measurements have been carried out and reveal, depending on their localization (melt zone or liquid/solid interface), singular signatures suggesting several types of defects.; La micro-électronique est un domaine exigeant, en constante évolution, motivé par le secteur applicatif et les besoins des utilisateurs. La réalisation de jonctions ultra-minces et fortement dopées est un enjeu majeur pour la poursuite de son évolution, et notamment pour son composant de base, le transistor MOS. Dans ce contexte, de nouvelles techniques de dopage permettant d'obtenir des jonctions ultra-minces ont été développées. Le recuit par laser nanoseconde (LTA) en mode " melt " est une de ces techniques. En effet, il permet une très forte activation locale (en surface et en profondeur) et une distribution uniforme des dopants. Ce procédé utilisé en laboratoire depuis les années 1980 dans la fabrication des cellules solaires offre également de nouvelles possibilités technologiques comme le développement d'architectures 3D. Néanmoins, des dégradations électriques de paramètres sensibles aux défauts tels que la mobilité et le courant inverse d'un transistor MOS ou la durée de vie des porteurs dans le cas de cellule photovoltaïque ont été observées. Dans ce contexte, cette thèse propose une étude rigoureuse des défauts générés par recuit laser en deux volets. Le premier volet traite de l'impact du recuit laser sur les propriétés physiques du silicium et repose essentiellement sur des caractérisations approfondies par spectroscopie infrarouge et photoluminescence d'échantillons silicium non intentionnellement dopés soumis à diverses conditions de recuits par impulsions laser à excimère. L'étude met en évidence la formation de défauts suite au procédé de recuit laser. Leur identification a permis d'affirmer l'introduction d'impuretés d'oxygène et de carbone durant le recuit. A partir de cette identification, le suivi en profondeur par spectroscopie de masse à ionisation secondaire de chacune des impuretés a été effectué révélant une augmentation de la concentration et de la diffusion des impuretés avec l'augmentation de la densité d'énergie du laser et/ou du nombre de tirs. A haute énergie laser, les profils de concentration d'oxygène montrent la présence d'un pic immobile (en concordance avec la solubilité limite de l'oxygène dans le silicium liquide) associé à des cavités de silicium observées par microscopie électronique en transmission (MET). L'origine de ces impuretés est discutée ; la caractérisation de véhicules tests dédiés a permis de définir l'oxyde natif comme étant leurs sources. Le second volet permet de répondre au second objectif qui consiste à évaluer l'impact du recuit laser sur les propriétés électriques de composants à base de silicium et s'appuie sur la caractérisation de diodes Schottky et PN préalablement fabriquées. Les résultats obtenus constituent un moyen supplémentaire pour, non seulement localiser les défauts électriquement actifs, mais également les identifier. Les caractéristiques courant-tension des diodes montrent systématiquement l'impact du recuit sur le courant de fuite, paramètre sensible aux défauts. Plus spécifiquement, le courant de fuite se dégrade avec l'augmentation de la densité d'énergie. Ces mesures électriques ont permis également de mettre en évidence la présence de défauts localisés à l'interface liquide/solide, défauts ayant un fort impact sur les propriétés électriques des diodes. Les résultats sont en accord avec la littérature qui suggère la présence de lacunes à cette interface. Pour aller plus loin, des mesures de DLTS ont été effectuées et dévoilent, selon la localisation (zone fondue ou interface), des signatures singulières laissant présager plusieurs types de défauts.

In this research work, we focus on the prediction of the buckling defect (flexion of flat tows) during technical fabric forming.The critical curvature radius has been determined experimentally and analytically using a Rayleigh-Ritz approach whichhad been previously used to describe the buckling observed in the ATP (Automated Tape Placement) process. Finally, thecritical buckling radius, experimentally or analytically determined is exploited numerically. A comparison is done betweenthe material critical buckling radius and the one simulated during the shape forming of a woven reinforced complexcomposite part. To do so, an Isogeometrical approach was developed which allows naturally accessing the local curvatureof each fibrous network., Nous nous intéressons dans ce travail de recherche à la prédiction du défaut de boucle (flambement de flexion d’une mèche plate) lors d’une mise en forme de textile technique. Pour ce faire, une approche couplée a été mise en œuvre, basée sur des mesures expérimentales du rayon de courbure critique, rayon à partir duquel le défaut apparaît; ce rayon a également été évalué analytiquement grâce à la méthode de Rayleigh-Ritzqui avait déjà été utilisée pour décrire le flambement observé lors de la dépose de bandes dans le cadre du procédé ATP (Automated Tape Placement). Enfin, le rayon critique,déterminé expérimentalement ou analytiquement, est exploité numériquement par comparaison avec le rayon de courbure simulé lors de la mise en forme d’une pièce composite complexe à renfort tissé. Pour ce faire, une approche Isogéométrique a été développée et permet d’accéder naturellement aux courbures locales dans chacun des réseaux.

International audience; This work is focused on the influence of defects on scatter and statistical size effect of Ti-6Al-4V alloy fabricated by the SLM process. A vast fatigue test campaign has been undertaken, for two surface conditions (as-built and machined surfaces) and two specimen geometries with different highly loaded volume sizes. It was shown, for machined specimens, that a large variety of crack initiation mechanisms is the principal origin of the fatigue scatter. Regarding the size effect, the change of the mechanism is the first order factor that governs the size effect. For as-built specimens, these effects are much less pronounced.

This experimental study deals with wall friction reduction by injection of millimetric bubbles. This work is in the continuity of Mehel (2006) and Fokoua (2013) PHDs. We focus on the friction modulation, Taylor's cells characteristics and the gas phase structure, for coexistence regimes (alternance between toroidal-spiral patterns). The gap geometry is characterized by the ratio of radii (0,9). The Reynolds and the air volumetric fraction are varied in the ranges [1700-50000] and [0-0,1%] respectively. By high-frequency visualizations and defect (dislocations and cell fusions) analysis method, we characterized the transition between the regimes of structured coexistence, unstructured coexistence and developed chaos. By Stereo-PIV (2D3C) measurements, we characterized the liquid phase in a meridian plane and discriminated the contributions of random and coherent motions to the turbulence. Simultaneous measurements of the torque exerted on the inner cylinder evidence different mechanisms influencing the wall friction: turbulent shear either due to the bubbles wake or to the jets between cells and relaxation of the azimuthal velocity gradient. The analysis according to the patterns and regimes shows that the maximum torque is reached for the toroidal pattern and structured regime. The high frequency images of the bubbles were analyzed by discriminating their radial position in the gap. Self-similar laws with respect to the rotational Froude numbers either characterizing the cells or the inner cylinder are obtained for both void fraction and axial velocity of the gas phase. The air volumetric fraction controls the rising velocity of the cells, the azimuthal velocity of the gas and the frequency of the azimuthal wave.; Notre étude, expérimentale, s’inscrit dans le contexte de la réduction de frottement de paroi par injection de bulles millimétriques. Elle fait suite aux travaux de Mehel (2006), et de Fokoua (2013). On s’intéresse à la modulation du frottement, aux caractéristiques des cellules de Taylor et à la structuration de la phase gazeuse, pour des régimes de coexistence (alternance de motifs toroïdal-spiral). La géométrie d’entrefer est caractérisée par un rapport des rayons de 0,9. Le Reynolds varie entre [1700-50000] et la fraction volumétrique d’air entre [0-0,1%]. Par visualisations haute fréquence et analyse des défauts (dislocations et fusions de cellules), on a caractérisé la transition entre les régimes de coexistence structurée, coexistence déstructurée et chaos développé. Par Stéréo-PIV (2D3C), on a caractérisé la phase liquide dans un plan méridien et discriminé les contributions respectives des mouvements aléatoire et cohérent à la turbulence. Les mesures en simultané du couple exercé sur le cylindre intérieur ont mis en évidence que différents mécanismes influencent le frottement de paroi : cisaillement turbulent dû au sillage des bulles, dû aux jets entre cellules et relaxation du gradient de vitesse azimutale. L’analyse en fonction des motifs et des régimes montre que le couple maximum est atteint pour le motif toroïdal en régime structuré. Les images haute fréquence des bulles ont été analysées en discriminant les bulles par leur position radiale dans l’entrefer. On obtient des lois de similitude pour le taux de vide et la vitesse axiale du gaz en fonction des nombres de Froude de rotation des cellules ou du cylindre intérieur. La fraction volumétrique d’air contrôle la vitesse ascensionnelle des cellules, la vitesse azimutale du gaz et la fréquence de l’onde azimutale

This experimental study deals with wall friction reduction by injection of millimetric bubbles. This work is in the continuity of Mehel (2006) and Fokoua (2013) PHDs. We focus on the friction modulation, Taylor's cells characteristics and the gas phase structure, for coexistence regimes (alternance between toroidal-spiral patterns). The gap geometry is characterized by the ratio of radii (0,9). The Reynolds and the air volumetric fraction are varied in the ranges [1700-50000] and [0-0,1%] respectively. By high-frequency visualizations and defect (dislocations and cell fusions) analysis method, we characterized the transition between the regimes of structured coexistence, unstructured coexistence and developed chaos. By Stereo-PIV (2D3C) measurements, we characterized the liquid phase in a meridian plane and discriminated the contributions of random and coherent motions to the turbulence. Simultaneous measurements of the torque exerted on the inner cylinder evidence different mechanisms influencing the wall friction: turbulent shear either due to the bubbles wake or to the jets between cells and relaxation of the azimuthal velocity gradient. The analysis according to the patterns and regimes shows that the maximum torque is reached for the toroidal pattern and structured regime. The high frequency images of the bubbles were analyzed by discriminating their radial position in the gap. Self-similar laws with respect to the rotational Froude numbers either characterizing the cells or the inner cylinder are obtained for both void fraction and axial velocity of the gas phase. The air volumetric fraction controls the rising velocity of the cells, the azimuthal velocity of the gas and the frequency of the azimuthal wave.; Notre étude, expérimentale, s’inscrit dans le contexte de la réduction de frottement de paroi par injection de bulles millimétriques. Elle fait suite aux travaux de Mehel (2006), et de Fokoua (2013). On s’intéresse à la modulation du frottement, aux caractéristiques des cellules de Taylor et à la structuration de la phase gazeuse, pour des régimes de coexistence (alternance de motifs toroïdal-spiral). La géométrie d’entrefer est caractérisée par un rapport des rayons de 0,9. Le Reynolds varie entre [1700-50000] et la fraction volumétrique d’air entre [0-0,1%]. Par visualisations haute fréquence et analyse des défauts (dislocations et fusions de cellules), on a caractérisé la transition entre les régimes de coexistence structurée, coexistence déstructurée et chaos développé. Par Stéréo-PIV (2D3C), on a caractérisé la phase liquide dans un plan méridien et discriminé les contributions respectives des mouvements aléatoire et cohérent à la turbulence. Les mesures en simultané du couple exercé sur le cylindre intérieur ont mis en évidence que différents mécanismes influencent le frottement de paroi : cisaillement turbulent dû au sillage des bulles, dû aux jets entre cellules et relaxation du gradient de vitesse azimutale. L’analyse en fonction des motifs et des régimes montre que le couple maximum est atteint pour le motif toroïdal en régime structuré. Les images haute fréquence des bulles ont été analysées en discriminant les bulles par leur position radiale dans l’entrefer. On obtient des lois de similitude pour le taux de vide et la vitesse axiale du gaz en fonction des nombres de Froude de rotation des cellules ou du cylindre intérieur. La fraction volumétrique d’air contrôle la vitesse ascensionnelle des cellules, la vitesse azimutale du gaz et la fréquence de l’onde azimutale

Convection in Earth’s mantle is the major driving force behind the movement of tectonic plates. While the lower parts of the upper mantle deform in a ductile way, the plates themselves are rheologically more rigid than the asthenosphere beneath. To understand how convection yields tectonic plates, it is vital to quantify the viscous and frictional strength of the lithospheric mantle. Yet to date, the rheology of the uppermost mantle just below the Mohorovicic discontinuity is still poorly understood. Furthermore, the early stages of visco-plastic deformation at intermediate temperatures (600 – 1000 °C) relevant of the lithospheric mantle are not well documented or quantified. In the past, most deformation experiments were performed at high temperatures (> 1200 °C). To provide accurate mechanical values for the lithospheric mantle, we need mechanical data but also a characterization of the associated microstructure to understand the deformation mechanisms at play during permanent deformation of olivine-rich rocks. In this thesis, I have performed deformation experiments in axial compression using a Paterson press (at Géosciences Montpellier, University of Montpellier, France) at high pressure and temperature (300 MPa, 1000 -12000 °C) and in torsion using a low to high velocity rotary shear frictional testing machine (Rock Mechanics Laboratory, Durham University, UK) at room pressure and temperatures. The recovered samples were characterized using scanning electron microscopy, electron backscatter diffraction and transmission electron microscopy. After an introduction chapter where the state-of-the-art is detailed, and a chapter focusing on experimental and analytical methods used during scientific projects, the thesis is organized as three subsequent chapters, each of them corresponding to three scientific articles: one is published (1) Stress evolution and associated microstructure during transient creep of olivine at 1000-1200 °C (Phys. Earth Planet. Int., doi: 10.1016/j.pepi.2018.03.002.); and the two others are in preparation, (2) Disclination density in polycrystalline olivine experimentally deformed at 1000 °C and 1200 °C; and (3) Shear deformation of nano- and micro-crystalline olivine at seismic slip rates. Chapter III has shown that the observed mechanical hardening can not come from a simple increase in dislocation density (e.g., entanglement) and that other mechanisms must be at play to compensate for the limitations of dislocation slip. For the first time, in chapter IV the densities of geometrically necessary dislocations (GND, translational defects) and disclinations (rotational defects) are quantified on a series of rocks deformed at different temperatures, finite strains and stress levels. No correlation has been identified between disclination density and stress, strain or GND. The role of the disclinations will therefore be limited to migration at grain boundaries, which may be sufficient to unblock dislocations in the polycrystalline olivine aggregate. In chapter V, torsion experiments confirmed the negligible effect of grain size (olivine from 0.07 to 70 μm) on the drastic decrease of the coefficient of friction, but the characterization of the samples did permit to shed light on the main mechanism of deformation. Thanks to an experimental approach and up-to-date material characterization, this thesis permitted better characterization of the brittle-ductile transition of a fine-grained dunite-type rock subjected to permanent deformation at uppermost mantle temperatures.; La convection dans le manteau terrestre est la principale force motrice du mouvement des plaques tectoniques. Alors que les parties inférieures du manteau supérieur se déforment de manière ductile, les plaques tectoniques sont rhéologiquement plus rigides que l'asthénosphère sous-jacente. Pour comprendre le couplage entre la convection profonde et les plaques tectoniques à la surface de la Terre, il est essentiel de comprendre les mécanismes de déformation visqueuse et frictionnelle du manteau lithosphérique. Mais à ce jour, la rhéologie du manteau supérieur juste au-dessous de la discontinuité de Mohorovicic est encore mal comprise. De plus, les premiers stades de la déformation viscoplastique à des températures intermédiaires (600-1000 ° C) pertinentes pour le manteau lithosphérique, ne sont ni bien documentés ni quantifiés. Dans le passé, la plupart des expériences de déformation étaient effectuées à des températures très élevées (> 1200 ° C). Pour fournir des valeurs mécaniques précises pour le manteau lithosphérique, nous avons besoin de données mécaniques mais aussi de la caractérisation de la microstructure associée pour comprendre la physique des mécanismes en jeu lors de la déformation permanente des roches riches en olivine. Dans cette thèse, nous avons réalisé des expériences de déformation en compression axiale à l'aide d'une presse Paterson (Géosciences Montpellier, Université de Montpellier, France) à haute pression et température (300 MPa, 1000-12000 ° C) et en torsion (‘rotary shear frictional testing machine’ au laboratoire de mécanique des roches, université de Durham, Royaume-Uni) à pression et température ambiantes. Les échantillons ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage, diffraction d’ d'électrons rétrodiffusés et microscopie électronique en transmission. Après un chapitre d'introduction où l'état de l'art est détaillé et un chapitre consacré aux méthodes expérimentales et analytiques utilisées dans les projets scientifiques, la thèse s'organise en trois chapitres, chacun correspondant à trois articles scientifiques: le premier est publié (1) Évolution de la contrainte et des microstructures associées au fluage transitoire de l'olivine à 1000-1200 °C (Phys. Earth Planet. Int., doi: 10.1016/ j.pepi.2018.03.002. (https: //hal.archives- ouvertes.fr/hal-01746122) et les deux autres sont en préparation, (2) Densité de disclinaisons dans l'olivine polycristalline déformée expérimentalement à 1000 ° C et 1200 ° C (3) Déformation par cisaillement de l'olivine nano- et micro-cristalline. Le premier projet du chapitre III a montré que le durcissement mécanique observé ne peut pas provenir d'une simple augmentation de la densité de dislocations (e.g., la forêt) et que d'autres mécanismes doivent être mis en œuvre pour compenser les limites de glissements des dislocations. Dans le chapitre IV, les densités de dislocation géométriquement nécessaires (GND, défauts de translation) et les disclinaisons (défauts de rotation) sont quantifiées sur une série de roches déformées à différentes températures, déformations finies et niveaux de contrainte, mais aucune corrélation n'a été identifiée entre la densité de disclinaisons, et la contrainte, la déformation finie, ou la densité de GND. Le rôle des disclinaisons serait donc limité à la migration aux joints de grains, ce qui peut être suffisant pour débloquer les dislocations dans l'agrégat d'olivine polycristalline. Au chapitre V, les expériences de torsion ont confirmé l'effet négligeable de la taille du grain (olivine de 0,7 à 70 µm) sur la diminution drastique du coefficient de frottement, mais la caractérisation des échantillons n’a pas permis d'élucider le mécanisme principal de déformation. Cette thèse a permis de mieux caractériser la transition fragile-ductile d'une roche de type dunite à grains fins soumise à une déformation permanente aux températures du manteau sommitale.