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Université de Franche-Comté
/ 14-12-2007
Poujet Yannick
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57 diapositives
Depuis quelques années, la communauté scientifique internationale s’intéresse fortement aux transmissions exaltées de la lumière à travers des films métalliques nanostructurés (ou « tamis à photons ») dans le domaine du visible et de l’infra-rouge. Ces tamis à photons offrent en effet de nombreuses applications dans le domaine de la nanophotonique (microscopie, fluorescence, SERS, génération de second harmonique, lithographie, filtrage, modulation...). Dans ce travail de thèse, nous proposons d’utiliser comme nano-structure. une matrice d’ouvertures annulaires percées dans un film opaque d’or ou d’argent. Ce type de cavités coaxiales rend possible l’excitation d’un mode guidé qui permet d’atteindre des transmissions nettement supérieures (90%) à celles obtenues par des tamis à photons basés basée sur les différences finies dans le domaine temporel pour résoudre les équations de Maxwell. L’influence des paramètres géométriques (diamètre intérieur et extérieur des ouvertures, période de la matrice, épaisseur du film métallique) et de la nature du métal est ainsi étudiée de façon à optimiser la configuration et d’obtenir une forte transmission dans le domaine du visible. Une cartographie du champ à l’intérieur des cavités ainsi qu’à la surface du métal est également calculée afin de caractériser l’exaltation du champ à l’intérieur des cavités et de déterminer la nature du mode guidé. Ce travail théorique s’appuie sur des caractérisations expérimentales effectuées en champ proche et en champ lointain. L’étude en champ proche a permis de cartographier le champ électrique au voisinage immédiat des ouvertures annulaires : la structure expérimentale met en évidence le rôle fondamental du mode TE11 dans l’exaltation de la transmission. Parallèlement, des spectres expérimentaux obtenus en champ lointain confirment, pour un film d’argent, une transmission d’environ 90% en parfait accord avec les prévisions théoriques. Ce résultat constitue, à notre connaissance, une première mondiale et offre de nombreuses perspectives quant aux applications possibles de tels tamis à photons à ouvertures annulaires.
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Université de Franche-Comté
/ 18-09-2008
Wang Zhao
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Le but de cette thèse était de modéliser la réponse mécanique de nanotubes de carbone à des champs électriques. Nous avons commencé par utiliser le potentiel AIREBO dans des simulations de dynamique moléculaire afin d'étudier l'élasticité non-linéaire et la limite de déformation en torsion de divers nanotubes, en fonction de leur longueur, rayon et chiralité. Nous trouvons notamment que le module d'Young effectif des tubes décroît d'autant plus vite que la chiralité est faible. D'autre part, nous montrons que la limite de l'énergie stockable par atome lors de la torsion d'un tube est d'autant plus grande que le diamètre est petit. Nous modélisons ensuite, de façon atomistique, la distribution surfacique de charge électrique sur des nanotubes de carbone possédant une charge nette. Nous retrouvons notamment l'effet de pointe classique avec un très bon accord quantitatif avec des résultats expérimentaux obtenus par microscopie à force électrostatique. Par combinaison des méthodes utilisées dans les études précédentes, nous simulons la déflection de nanotubes semi-conducteurs et métalliques par un champ électrique extérieur, dans une configuration de type interrupteur moléculaire. L'effet des caractéristiques géométrique des tubes et du champ sur cette déflection ont été systématiquement étudiés. En outre, nous avons vu que des simulations de dynamique moléculaire avec le potentiel AIREBO permettent de retrouver quantitativement les énergies expérimentales d'adsorption du benzène, du naphtalène et d'anthracène sur le graphite. Ce type de simulation nous permet d'avancer sur la voie de la compréhension de la sélectivité de l'adsorption de certaines molécules surfactantes à plusieurs cycles benzéniques sur des nanotubes de chiralité donnée.
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Université de Franche-Comté
/ 13-12-2010
Safioui Jassem
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Dans ce travail de thèse nous avons exposé une nouvelle méthode simple et efficace basée sur l'autofocalisation de faisceaux qui permet l'induction de guides optiques au coeur de matériaux photoréactifs, sans tension appliquée. Cette technique de photo-inscription exploite l'effet pyrolélectrique des matériaux ferroélectriques qui permet de générer un effet non linéaire focalisant contrôlé par une augmentation de quelques degrés de la température du matériau. La démonstration expérimentale est réalisée dans des échantillons de LiNbO3 non dopé. Une annalyse détaillée de la dynamique de focalisation a notamment permis de former des solitons spaciaux dénommés "pyrolitons". Ces solitons brillants permettent d'induire des guides circulaires à faibles pertes qui restent mémorisés sur de longues périodes de matériau. Par ailleurs, des solitons de surface se propageant à l'interface air/ LiNbO3 ont également été observés grâce à cet effet nonlinéaire contrôlé par la pyroélectricité. Ces résultats expérimentaux ont été confirmés par un modèle numérique 3-D qui prend en compte la dynamique de l'effet photoréfractif. La non linéarité optique commandée en température révélée dans ce travail peut faciliter la mise en évidence de nouveaux concepts. En outre, la technique de photo-inscription associée ouvre de nouvelles perspectives pour la fabrication de circuits optiques 3-D dans le LiNbO3, matériau de référence pour la photonique.
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Université de Franche-Comté
/ 16-12-2010
Abdoulkader Ibrahim Idriss
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L’objectif de cette thèse est de concevoir et élaborer des outils innovants, baptisés nano-antennes (NAs), pour sonder le champ électromagnétique optique au voisinage des structures de la nanooptique. Une NA est ici une nanostructure métallique placée à l extrémité d une sonde locale fonctionnant en mode collection. Une telle structure joue le rôle de relais entre le champ électromagnétique optique à la surface de l échantillon et la sonde locale, attribuant à la sonde une sensibilité spécifique vis-à-vis du champ électromagnétique vectoriel. Les nano-antennes seront conçues de manière à fournir une information optique encore inaccessible par le biais de la microscopie en champ proche conventionnelle, pour répondre aux besoins actuels et futurs de la nano-optique. Dans la première partie, nous proposons une nouvelle configuration de sonde locale la nano-ouverture papillon complément d une nano-antenne papillon et nous exposons sa fabrication aux dimensions spécifiques, à l'extrémité d'une fibre optique en polymère. Dans la deuxième partie, nous présentons une nouvelle configuration de microscopie en champ proche permettant l accès aux lignes de champs électriques et magnétiques optiques 3D au dessus d un échantillon, avec une résolution sub-longueur d onde. Le microscope proposé permet de cartographier simultanément et indépendamment les distributions des amplitudes complexes des deux composantes du champ électrique transverse. La dernière partie est consacrée à l application d une méthode numérique dite FDTD afin d étudier le comportement spectral et l origine de l exaltation au niveau de la partie centrale d une nano-ouverture papillon
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Université de Franche-Comté
/ 14-12-2010
Sadani Benattou
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Ce travail de thèse a été consacré à la conception et à la réalisation d'un dispositif permettant de moduler la transmission optique extraordinaire à travers des nanostructure par l'intermédiaire de l'effet photo-élastique. La nanostructure étant réalisée dans un film métallique mince déposé à la surface d'un substrat solide, nous avons choisi d'utiliser des ondes acoustiques de surface pour produire des déformations conduisant à une modulation de l'indice de réfraction à la surface du substrat.Notre étude est scindée en trois partie principales, consacrée respectivement à la conception et à la réalisation des nanostructures, à la conception et à la réalisation des transducteurs générant les ondes acoustiques de surface, et enfin à l'expérience acousto-plasmonique. Des nanostructures périodiques constituées de fentes et présentant une transmission exaltée dans le proche infrarouge ont été réalisées par lithographie électronique puis caractérisées. Nous avons atteint un taux de transmission de l'ordre de 25%. Afin de moduler cette transmission nous avons mis au point des transducteurs à peignes inter-digités annulaires (AIDTs) permettant de focaliser l'énergie élastique au voisinage d'un point. Les transducteurs réalisés fonctionnent à une fréquence de 40MHz environs et focalisent l'énergie acoustique dans une région de 40 m de côté limitée par la diffraction. En réalisant la synthèse de l'étude optique et de l'étude acoustique, nous avons réalisé le premier modulateur acousto-plasmonique en positionnant les nano-structures à l'endroit où se focalise l'onde acoustique.
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Université de Franche-Comté, Université de Technologie Belfort Montbéliard (UTBM), Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité ; Université Henri Poincaré .
/ 07-12-2007
Blunier Benjamin
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L'amélioration, l'avenir et la commercialisation des piies à combustible (PàC) reposent en grande partie sur l'optimisation et la conception du système de gestion de l'air et en particulier sur le système de compression. La première partie du travail a consisté en une recherche approfondie sur les PàC, la gestion de l'air et sur les compresseurs. Cette recherche a montré que dans une première phase, deux types de compresseurs sont à privilégier : les compresseurs centrifuges et à spirales (scroll). Une modélisation analytique de ce dernier a été réalisée. Le modèle étant analytique, il permettra par le moyen d'une optimisation sous contrainte d'obtenir différentes géométries qui seront adaptées aux objectifs visés. Un banc de test automatisé a été réalisé. Celui-ci es pourvu d'un système d'acquisition et de commande (dSPACE) permettant d'identifier le système et de prototyper des lois de commande en vue d'une commande optimale du compresseur. Afin de contrôler le compresseur et de déterminer son influence dans la gestion de l'air de la pile, il a été nécessaire de modéliser la PàC. Ce modèle a été réalisé en utilisant une approche originale : chaque partie de la pile est modélisée séparement en incluant les phénomènes multi-physiques au sein du même composant. Le modèle prend en compte la dynamique des pressions dans les canuax cathodiques, les phénomènes de diffusion ainsi que les phénomènes de transferts d'eau dans la membrane. Cette modélisation a été développée dans un langage description multi-physique standardisé par IEEE : le langage VHDL-AMS. Les résultats de modélisation et de simulation ont été validés expérimentalement sur un système PàC de 1,2 kW.
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Université de Franche-Comté, ELTE University of Budapest
/ 26-11-2010
Hantal György
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Depuis une dizaine d années, une attention croissante a été prêtée à l influence des particules solides dans l atmosphère. Les particules solides les plus abondantes dans l atmosphère sont celles de glace et de suie. Leurs impacts sur l atmosphère sont très probablement assez complexes : D une part, ces particules peuvent modifier la composition de la phase gaz par l adsorption de différentes espèces ; et d autre part, elles peuvent également induire une réactivité hétérogène différente de la réactivité observée en phase gaz. Étant donné que les processus atmosphériques sont très difficilement observables, les méthodes théoriques peuvent servir à mieux les caractériser. La recherche effectuée dans le cadre de ma thèse s est concentrée autour de trois sujets principaux. Le premier concerne l adsorption des composants organiques volatile sur la glace qui a été modélisée par la méthode Monte Carlo Grand Canonique (GCMC). Cette méthode de simulation permet d obtenir directement l isotherme d adsorption d espèces gazeuses sur la glace en variant leur potentiel chimique. J ai utilisé cette méthode pour simuler l adsorption de l acétone, l acide formique et le benzaldéhyde sur la surface de glace. L excellent accord obtenu entre nos résultats et ceux des expériences montre toute la pertinence de l approche théorique utilisée. De plus, les détails moléculaires de l adsorption de ces trois composants ont été déterminés tels que les distributions d énergie d interaction des adsorbats ainsi que leurs positions et orientations préférentielles sur la surface de glace. Les résultats nous permettent donc d interpréter complètement les différents mécanismes des processus d adsorption sur la glace. La deuxième partie de mon travail est l étude de l adsorption de l eau sur les particules de suie. Les particules de suie ont été modélisées par les molécules de fullerène empilées les unes sur les autres et contenant des trous modélisant les défauts de la surface. La structure de ces particules de suie a été optimisée en condition réactive par le potentiel AIREBO. Puis, j ai déterminé les isothermes d adsorption de l eau sur ces particules par la méthode GCMC. Mes résultats montrent que les propriétés morphologiques (la taille et la forme) de la cavité présente dans des particules jouent un rôle important dans les processus d adsorption : Plus la cavité est sphérique plus l adsorption est efficace. La présence des groupements chimiques oxygénés dans la cavité ne change pas la quantité totale des molécules d eau qui peuvent être piégées dans les cavités, mais elle peut induire une affinité plus élevée des molécules d eau pour la suie à très basse pression. Le troisième sujet est dédié à la réactivité des particules de suie dans l atmosphère. Leur influence sur la réaction d oxydation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) par le radical OH a été étudiée en la comparant avec l oxydation ayant lieu en phase gaz. Pour étudier des systèmes contenant un grand nombre d atomes de carbone comme la suie et les HAP un nouveau modèle (cinétique et statistique) a été développée et appliquée pour l oxydation du benzène, naphtalène et anthracène. Les énergies d interaction ont été calculées par la méthode SE-D qui permet une description non-couteuse et raisonnablement précise des interactions suie HAP et HAP OH. Les résultats montrent que sur une surface parfaite carbonée la réactivité des HAP vis-à-vis du radical OH ne change pas significativement en phase adsorbée par rapport à la phase gaz.
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Université de Franche-Comté
/ 27-11-1998
FOLTETE Emmanuel
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Trois nouvelles méthodes d'identification modale de structures linéaires et faiblement non-linéaires sont proposées dans ce mémoire. La mise en œuvre expérimentale de la méthode d'appropriation développée au Laboratoire de Mécanique Appliquée permet de mesurer directement sur la structure les modes propres réels du système conservatif qui lui est associé. Elle est particulièrement adaptée à l'utilisation de moyens de mesure optique tels que l'interférométrie holographique. On présente ensuite une technique d'extraction des modes propres réels à partir des modes propres complexes du système dissipatif. Les modes réels sont estimés par calcul d'appropriation sur des fonctions de réponse fréquentielle simulées par superposition des modes complexes. Enfin, une méthode globale d'identification de structures faiblement non-linéaires présentant des modes couplés a été étudiée. Son objectif n'est pas de localiser et identifier les non-linéarités de façon précise, mais de prendre en compte leurs effets sur les réponses de façon simple. Ces trois techniques sont validées sur des tests simulés et expérimentaux.
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Université de Franche-Comté, Université Mouloud Mammeri (Algérie)
/ 26-11-2008
Belkhir Abderrahmane
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Cette thèse constitue un ensemble de travaux et de réflexions sur la question de la modélisation des applications électromagnétiques en nano-optique en utilisant la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Dans un premier temps, des codes FDTD bidimentionnels pour le calcul de bandes interdites photoniques ont été mis en oeuvre. Ces algorithmes tiennent comptes de la dispersion des métaux nobles dans la gamme optique décrite par le modèle de Drude ou de Drude-Lorentz. Ces programmes FDTD permettent de tenir compte de la propagation soit dans le plan perpendiculaire au plan d’invariance (appelé "cas dans le plan" ou "in-plane" en anglais) pour les deux polarisations TE et TM ainsi que le cas d’une propagation quelconque hors du plan (ou off-plane). Plusieurs diagrammes de bandes sont calculés et présentés pour les structures carrées et triangulaires dans les cas diélectriques et métalliques. Ensuite, nous avons implémenté un code BOR-FDTD, basé sur la discrétisation des équations de Maxwell exprimées en coordonnées cylindriques, pour la modélisation des guides d’ondes (ou d’autres objets) à symétrie de révolution. Les conditions absorbantes PML pour décrire l’espace libre sont intégrées à la BOR-FDTD ainsi que les deux modèles de Drude et de Drude-Lorentz. Des simulations ont été effectuées pour le calcul de modes propres de guides d’ondes coaxiaux et cylindriques sub-longueurs d’ondes faits en métal parfait et en métal réel (argent par exemple). Les résultats montrent la possibilité de guider des signaux optiques sans beaucoup de pertes dans un guide coaxial fait en argent de dimensions sublongueur d’onde. Ce dernier résultat est original et constitue une très importante avancée dans le domaine de la "nanoconnectique" en optique, plus particulièrement pour l’optique intégrée. Puis, un autre code numérique FDTD-3D a été élaboré pour la modélisation des structures périodiques (type cristaux photoniques tridimensionnels) éclairées en incidence oblique. Ce code intègre aussi les couches absorbantes PML ainsi que les modèles de dispersion de Drude et de Drude-lorentz. Les résultats obtenus sont comparés à ceux issus d’autres modèles théoriques. Les applications de ce code à l’étude de radôme, à l’excitation du mode TEM de la structure métallique à ouvertures annulaires et aux calculs des spectres d’extinction Raman montrent l’efficacité de la FDTD pour la modélisation de telles structures.
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Université de Franche-Comté
/ 08-12-2010
Dahdah Jean
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Les travaux de thèses reposent sur l'étude et le développement des structurez photoniques sur niobate de lithium pour des applications capteurs de gaz. L'originalité du travail est d'étudier l'effet de l'absorption des couches de porphyrines spécifiques à la détection du benzène et déposées sur le cristal photonique sur la réponse spectrale de ce dernier. En premier lieu, une étude théorique par des méthodes numériques, maîtrisées a laboratoire d'optique (FDTD, PWE), étaient nécessaires pour étudier l'effet de la présence de certains gaz sur la réponse spectrale des cristaux photoniques. Nous avons montré qu'avec la structure choisie, une variation de la transmission de de 23% est obtenue lorsque le système est exposé à 50ppm de benzène. La sensibilité de la structure au benzène est estimée à 2,3ppm. En second lieu, nous avons étudié des réalisations en salle blanche des structures photoniques. En utilisant la méthode de gravure directe par faisceau d'ions focalisé (FIB), on a réalisé plusieurs cavités photoniques sur des guides d'ondes optiques fabriqués en collaboration avec Photoline Technologies. Un banc de caractérisation automatisé (interface GPI) en réflexion et en transmission est monté pour vérifier les prédictions théoriques. En plus, les études théoriques et expérimentales en champ proche optique ont été réalisées pour mettre en évidence la résonance des cavités gravées sur niobate de lithium.Ainsi ces études expérimentales sont les premières sur ce type de matériaux.
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