ED Sciences Chimiques
Microgels Supramoléculaires Stimulables : du Contrôle de la Microstructure à l'Etude de leur Comportement aux Interfaces
par Antoine BREZAULT (Centre de Recherche Paul Pascal)
Cette soutenance a lieu à 10h00 - Amphithéâtre de l'IPGG ESPCI 10 rue Vauquelin 75 005 Paris
devant le jury composé de
- Véronique SCHMITT - Directrice de recherche - CRPP, Université de Bordeaux - Directeur de these
- Thomas HELLWEG - Full professor - Université de Bielefeld - Rapporteur
- Nicolas HUANG - Professeur des universités - Institut Galien Paris-Saclay (CNRS UMR 8612) - Université Paris Saclay - Rapporteur
- Patrice WOISEL - Professeur des universités - UMET, UMR CNRS 8207 - Examinateur
- Marie LE MERRER - Chargée de recherche - Institut Lumière Matière, CNRS-Univ. Lyon 1 - Examinateur
- Valérie RAVAINE - Professeure - Institut des Sciences Moléculaires (ISM - UMR 5255) - CoDirecteur de these
- Patrick PERRIN - Professeur des universités - ESPCI - Sorbonne Université - Examinateur
- Nicolas SANSON - Maître de conférences - ESPCI - Sorbonne Université - Examinateur
Les microgels stimulables de taille et de structure bien contrôlées trouvent un intérêt croissant tant sur le plan fondamental qu'applicatif. Les objectifs de ce travail sont la synthèse de microgels supramoléculaires aux propriétés contrôlées et l'étude de leur comportement en dispersion et aux interfaces. Dans l'optique d'accroître leur versatilité, un réticulant supramoléculaire (SC) basé sur un complexe de Fe(II)-bis terpyridine a été incorporé dans des microgels de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) synthétisés par polymérisation en dispersion. Le défi lié à l'incorporation des SC cationiques dans les microgels a été relevé grâce à l'utilisation d'un tensioactif anionique, le dodécylsulfate de sodium (SDS), lors de la synthèse. La construction d'un modèle général d'« agrégation limitée » capable d'expliquer le mécanisme de synthèse de microgels de PNIPAM en présence de SDS, a permis de montrer que le tensioactif joue à la fois le rôle de stabilisant pour les particules en croissance et de contre-ion hydrophobe au réticulant cationique. La quantité de SDS ajoutée permet donc de contrôler à la fois la taille des microgels et leur taux de réticulation. L'ajout continu de SC lors de la synthèse des microgels est un autre levier permettant de contrôler la distribution spatiale des SC dans les microgels. Une large gamme de structures a été obtenue allant de microgels dits « ultra » cœur-couronne vers des structures plus homogènes. Le SC est également un outil puissant pour quantifier facilement la structure des microgels, même à l'état sec et étalé, par microscopie électronique à transmission. De manière générale, cette caractérisation constitue un véritable défi même avec une étude approfondie des microgels par diffusion du rayonnement. De plus, les microgels supramoléculaires ainsi synthétisés sont non seulement sensibles à la présence de sel dans le milieu, du fait de la présence de charges sur le réticulant, mais ils sont également dégradables par oxydation chimique. Le clivage des SC conduit en effet à un désassemblage des chaînes constitutives du réseau du microgel. Nous avons montré que la cinétique de clivage des SC et la cinétique de dégradation des microgels sont accélérées pour les microgels dont la structure est plus homogène. L'étude post-mortem, par chromatographie d'exclusion stérique des chaînes libres obtenues après désassemblage des microgels, a permis de corréler la distribution des longueurs de chaînes clivées à la structure initiale des microgels. Par ailleurs, les microgels supramoléculaires de PNIPAM s'adsorbent aux interfaces liquides. En utilisant une balance de Langmuir, nous avons étudié l'effet de la taille des microgels, de leur taux de réticulation et de la distribution spatiale des SC sur la conformation des microgels adsorbés à une interface eau-air plane et donc modèle. Ces résultats ont été exploités pour revisiter le comportement des microgels dans le mécanisme de stabilisation d'émulsions de Pickering/Ramsden huile-dans-eau, dans le régime dit de « Coalescence Limitée » mais également dans les régimes riches en microgels encore assez peu explorés. Cette étude constitue une avancée significative puisque le rôle clé joué par la structure des microgels a pu être mis en évidence. De manière similaire, la stabilisation de mousses de Pickering/Ramsden par les microgels est étroitement dépendante de la structure des particules. Enfin, la déstabilisation à la demande des émulsions de Pickering/Ramsden a été rendue possible par la dégradation contrôlée des microgels adsorbés. Un lien entre la cinétique de dégradation des microgels dans le volume et la cinétique de déstabilisation des émulsions a pu être établi. La stabilisation d'émulsions à partir de microgels en cours de clivage a permis de confirmer le lien entre la structure des microgels, leur organisation à l'interface et les propriétés des émulsions.
ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Un oscillateur nanomécanique quantique couplé à un système à deux niveaux dans le régime de couplage fort
par Guillaume BERTEL (Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphithéâtre 3 351 Cr de la Libération, Université de Bordeaux, Bâtiment A9, 33400 Talence
devant le jury composé de
- Fabio PISTOLESI - Directeur de recherche - LOMA - Directeur de these
- Anja METELMANN - Professor - Karlsruhe Institute of Technology - Rapporteur
- Gary STEELE - Professor - Kavli Institute of Nanoscience - Rapporteur
- Jérémie VIENNOT - Chargé de recherche - Institut Néel - Examinateur
- Brahim LOUNIS - Professeur - LP2N - Examinateur
- Clément DUTREIX - Chargé de recherche - LOMA - CoDirecteur de these
Parmi les nombreux systèmes nanométriques opérant dans le régime quantique, les oscillateurs nanomécaniques se sont imposés comme des plateformes particulièrement performantes. Ils constituent des capteurs de haute sensibilité et peuvent assurer la médiation d'interactions entre la lumière et des systèmes quantiques localisés, jouant un rôle central dans diverses architectures de traitement de l'information quantique. En raison de leur masse relativement élevée, ils constituent également des systèmes de choix pour étudier la transition entre les régimes quantique et classique. Cette thèse étudie la dynamique d'un oscillateur nanomécanique couplé à un système à deux niveaux soumis à un champ cohérent. L'analyse se concentre sur le régime des bandes latérales résolues, où le taux d'amortissement $Gamma$ du système à deux niveaux est bien inférieur à la fréquence mécanique $omega_m$, et explore deux régimes : le couplage fort ($omega_m gg g_0 gg Gamma$) et l'ultra-fort ($omega_m sim g_0 gg Gamma$), $g_0$ désignant l'intensité du couplage. Ces régimes permettent une manipulation cohérente de l'oscillateur tout en préservant sa nature quantique. Pour un pompage désaccordé vers le bleu, et en considérant un faible amortissement mécanique, le système évolue vers un régime d'instabilité dynamique, marqué par l'émergence de cycles limites. Cette transition est accompagnée de fluctuations importantes dans l'émission de photons, s'écartant de la statistique de Poisson. Les fluctuations du nombre de phonons suivent un comportement analogue, offrant un autre indicateur expérimental de cette transition. Lorsque $g_0$ devient comparable à $omega_m$, l'oscillateur atteint un état stationnaire non classique. La distribution des phonons évoque celle d'états de Fock, et la distribution quasi-probabiliste dans l'espace des phases présente des régions négatives, une signature claire de non-classicité. Une méthode est proposée pour détecter ces signatures à partir de la lumière émise par le système à deux niveaux, permettant de reconstruire l'état quantique du système. La robustesse de cette méthode face à des sources de bruit réalistes est étudiée en détail. La réponse du système sous excitation bichromatique est aussi examinée. Un modèle spécifique est développé pour le régime de fort couplage. Lorsque les deux champs sont accordés sur les premières bandes latérales bleue et rouge, l'oscillateur atteint un état stationnaire comprimé. Si les deux excitations sont désaccordées vers le rouge, le système évolue vers une superposition d'états cohérents, rappelant un oscillateur excité de manière paramétrique. Dans ces deux cas, des signatures non classiques émergent dès que $g_0 sim omega_m$. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur la génération, la stabilisation et la détection d'états mécaniques non classiques et comprimés. Ils ouvrent des perspectives pour le développement de systèmes quantiques hybrides et pour l'exploration expérimentale des limites de la mécanique quantique.
Approche globale d'optimisation de l'intensité d'impulsions attosecondes
par Sylvain PRAWDZIAK (Centre Lasers Intenses et Applications)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphithéâtre 1 Bât 29 Université de Bordeaux, Bâtiment A29, 351 cours de la Libération, 33400 Talence
devant le jury composé de
- Constance VALENTIN - Chargée de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Boris VODUNGBO - Maître de conférences - Sorbonne Université - Rapporteur
- Sophie KAZAMIAS - Professeure des universités - Université Paris-Saclay - Rapporteur
- David GAUTHIER - Chargé de recherche - CEA-Saclay - Examinateur
- Eric MEVEL - Professeur des universités - Université de Bordeaux - CoDirecteur de these
- Olivier UTEZA - Directeur de recherche - Aix Marseille Université - Examinateur
- Philippe TAMARAT - Professeur des universités - Université de Bordeaux - Examinateur
Le phénomène de génération d'harmonique d'ordre élevé (HHG) dans les gaz rares est une méthode prévalente pour générer des rayonnements XUV (200 -10 nm) utilisable en tant que source d'impulsions attosecondes (1 as = 10-18 s). Ces impulsions permettent notamment de sonder des dynamiques électroniques ultrarapides dans la matière. Cependant, la génération d'harmonique n'est pas un processus très efficace (10-5 dans l'argon). Afin d'optimiser les intensités des impulsions attosecondes et ainsi étendre l'applicabilité du rayonnement XUV, une caractérisation et un contrôle des propriétés spatiales des faisceaux s'avère critique. En effet, des couplages spatio-temporels, tels que des aberrations chromatiques inhérentes au processus de génération d'harmonique, peuvent mener à des perturbations du train d'impulsion attoseconde résultant. Deux méthodes de caractérisation des propriétés spatiales sont ici utilisées: la méthode “Spectral Wavefront Optical Reconstruction by Diffraction” (SWORD) ainsi qu'un senseur de front d'onde Hartmann XUV. Afin de supprimer les aberrations chromatiques, un façonnage spatial et temporel sous la forme d'un profil plat est effectué sur le faisceau de génération permettant de limiter le terme de phase harmonique dépendant de l'intensité. Ceci a pour conséquence d'augmenter la résolution temporelle et l'intensité des impulsions attosecondes.
ED Sciences et environnements
interactions entre la structure de la canopée et le microclimat du sous-étage : implications pour la régénération des forêts
par Klara BOUWEN (ISPA - Interaction Sol-Plante-Atmosphère)
Cette soutenance a lieu à 13h30 - Salle de réunion ISPA 71 Avenue Edouard Bourlaux, Bâtiment C1, 33140 Villenave-d'Ornon, France
devant le jury composé de
- Jérôme OGéE - Directeur de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Catherine COLLET - Chargée de recherche - INRAE - Rapporteur
- Juan Pedro FERRIO - Directeur de recherche - EEAD-CSIC - Rapporteur
- Nadine RÜHR - Professeure - Karlsruhe Institute of Technology - Rapporteur
- Jean-Christophe DOMEC - Professeur - Bordeaux Sciences Agro - CoDirecteur de these
- Annabel PORTé - Directrice de recherche - INRAE - Examinateur
La canopée forestière joue un rôle essentiel dans la régulation du microclimat du sous-bois, influençant la biodiversité, la régénération des forêts et leur résilience face aux changements climatiques. Les pratiques de gestion forestière modifient la structure et la composition de la canopée, via les éclaircies, le choix des essences, le contrôle du sous-bois ou la fragmentation du couvert, ce qui a un impact direct sur le microclimat. Pourtant, les gestionnaires forestiers ne disposent pas d'outils leur permettant de quantifier ces effets. En combinant des mesures micrométéorologiques, des données LiDAR aéroportées et des simulations du modèle biométéorologique à base physique MuSICA, j'ai étudié comment les variations de structure du couvert influencent le microclimat en sous-bois, avec une attention particulière portée aux extrêmes climatiques estivaux et à leurs effets potentiels sur la survie des semis. La réalisation d'analyses de sensibilité à l'aide de modèles physiques pose un défi, car ces modèles nécessitent des données météorologiques (température de l'air, humidité, vitesse du vent) au-dessus de la canopée, lesquelles sont elles-mêmes affectées par les changements de structure du couvert. L'utilisation d'un même forçage climatique pour différentes structures de canopée peut ainsi entraîner des biais. Pour répondre à cette difficulté, j'ai utilisé un nouvel algorithme prenant en compte les rétroactions dynamiques entre la structure du couvert végétal et les conditions climatiques juste au-dessus. Cet algorithme s'appuie sur des théories existantes des relations de similarité flux-gradient dans la couche limite atmosphérique de surface, que j'ai testées à l'aide de jeux de données issus de divers écosystèmes forestiers européens. Mes résultats montrent que la rugosité de la canopée végétale influence nettement les profils verticaux de la vitesse du vent et de la température de l'air au-dessus du couvert, tandis que le choix précis du cadre théorique pour représenter ces effets joue un rôle relativement mineur. En intégrant l'algorithme dans MuSICA, j'ai pu analyser comment la densité et la complexité verticale du couvert affectent le microclimat sous canopée lors des extrêmes estivaux. Des données expérimentales issues de forêts européennes ont permis d'identifier un seuil de densité de canopée en deçà duquel le microclimat proche du sol devient plus chaud que celui d'une parcelle ouverte voisine, indiquant une amplification, plutôt qu'une atténuation, des extrêmes de température estivaux dans ces configurations de couvert peu dense. Ce seuil a été confirmé par les simulations du modèle, qui ont également permis d'en évaluer les conséquences sur la survie des jeunes semis. Les simulations ont en outre montré que ce seuil est spécifique à chaque site et peut varier d'une année à l'autre pour un site donné. Enfin, les données expérimentales et les simulations ont révélé que la complexité verticale de la canopée exerce un effet limité sur l'atténuation de cette amplification des extrêmes, sauf lorsqu'un sous-bois dense est présent. En reliant la structure de la canopée au microclimat et à la survie des semis, ces travaux approfondissent notre compréhension des interactions forêt–atmosphère et mettent en évidence le rôle clé que peut jouer la gestion forestière dans l'atténuation ou, au contraire, l'amplification des extrêmes climatiques estivaux. Ces résultats ouvrent la voie au développement d'outils d'aide à la décision permettant aux gestionnaires d'évaluer les conséquences microclimatiques de leurs pratiques sylvicoles et de concevoir des stratégies en faveur de la biodiversité et de la résilience climatique.